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Neuer Kunststoff leitet Wärme besser als Metall

Freigeschaltet am 02.05.2019 um 08:34 durch Thorsten Schmitt
Aus Kunststoffknoten (links oben) werden Fasern (rechts).
Aus Kunststoffknoten (links oben) werden Fasern (rechts).

Bild: web.mit.edu

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen dünnen Kunststofffilm entwickelt, der Wärme besser als viele Metalle leitet. Stahl beispielsweise übertrifft er problemlos. Damit könnten die Polymere Materialien ersetzen, die beispielsweise die Wärme von Mikroprozessoren in Laptops ableiten, sodass die Halbleiter keinen Schaden nehmen. Auch in Kühlern von Autos oder anderen Wärmetauschern könnte der neue Film eingesetzt werden.

Hohe Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit des neuen Films liegt bei 60 Watt pro Meter und Kelvin. Zum Vergleich: Stahl kommt auf 15 bis 50, Keramik auf 30. Kupfer ist unter den Metallen allerdings der Champion mit einem Wert von 380. "Wir haben eine Vision: Wir wollen Metalle durch Kunststoffe ersetzen", sagt Gang Chen, Professor für Energietechnik am MIT. Das hätte vor allem zwei Vorteile: Polymere seien weitaus leichter als Metalle und korrosionsfest.

Schon vor neun Jahren gelang es einem Team um Yanfei Xu, zu dem Chen gehört, hauchdünne Fasern aus Polyethylen herzustellen, die Wärme bestens leiten. Technische Anwendungen waren damit allerdings nicht möglich. Wie auch immer die Forscher daraus Bauteile herstellten: Die Wärmeleitfähigkeit ging verloren. Der Weg bis zur Herstellung des heute verfügbaren wärmeleitenden Kunststofffilms sei äußerst mühsam gewesen, sagt Chen. Es gelang ihnen mit kommerziellem Polyethylen-Pulver.

Durchbruch dank Kälte

Normalerweise ähnelt die Struktur dieses Kunststoffs einem Gewirr aus Molekülketten. Wärme hat große Mühe, die Zwischenräume zu überwinden. Das erklärt die gute Isolationswirkung. Xu und ihre Mitarbeiter suchten dann nach einem Weg, die Molekülketten zu entwirren und parallel zueinander auszurichten. Das gelang ihnen, indem sie das Polyethylen-Pulver in ein spezielles Lösungsmittel einrührten.

Diese Mixtur spritzten die Forscher auf eine Platte, die mit flüssigem Stickstoff auf eine Temperatur von minus 196 Grad Celsius gekühlt war. Darauf bildete sich ein kontinuierlicher dicker Film. Diesen walzten und streckten die Wissenschaftler, bis er hauchdünn war. Ganz nebenbei gewann er bei dieser Behandlung seine Fähigkeit, Wärme zu leiten. Die neue Struktur wurde mithilfe der Hochleistungs-Röntgenquelle am Argonne National Laboratory in Lemont im US-Bundesstaat Illinois sichtbar gemacht.

Quelle: www.pressetext.com/Wolfgang Kempkens

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