Bivalentes Material: Mal kühlt, mal wärmt es

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Innovation von Forschern der Duke University
könnte als Hülle für Gebäude Anwendung finden

Bivalentes Material: Mal kühlt, mal wärmt es
Archiv | 06.11.2021 | Ingenieure der Duke University haben ein Material entwickelt, das minutenschnell zwischen den Modi "Heizen" und "Kühlen" umschalten kann, was große Mengen an Energie einspart. Das Material ändert seine Wirkungsweise, wenn es unter elektrische Spannung gesetzt wird. "Wir haben das allererste elektrochrome Gerät entwickelt, das zwischen Solarheizung und Strahlungskühlung umschalten kann", sagt Forscher Po-Chun Hsu.

Elektrochromes Material

Elektrochromes Material verändert seine Eigenschaften unter Stromeinfluss. Es schaltet beispielsweise auf "transparent", wenn Licht und Wärme eindringen und auf "dunkel", wenn Wärmestrahlen abgehalten werden sollen. Derartige Fenster sind bereits im Handel. Hsus Entwicklung unterscheidet sich davon grundlegend. Sie wird niemals transparent, sodass es für einen Einsatz in Fenster- oder Autoscheiben nicht taugt. Jedoch könnte sie etwa an Fassaden befestigt werden und dort wahlweise Wärme sammeln oder kühlen.

 

Im Heizmodus verdunkelt sich das Gerät, um Sonnenlicht zu absorbieren und das Entweichen von Licht im mittleren Infrarotbereich zu verhindern. Im Kühlmodus klärt sich das Material und bildet gleichzeitig einen Spiegel, der das Sonnenlicht reflektiert und Licht im mittleren Infrarotbereich durch Radiation hinter dem Gerät ableitet.

 

Plasmonik-Effekt genutzt

Die Entwickler hatten große Probleme zu überwinden. Das erste bestand darin, Elektrodenschichten zu schaffen, die Strom leiten und sowohl für sichtbares Licht als auch für Wärmestrahlung transparent sind. Die meisten leitfähigen Materialien wie Metalle sind für diesen Zweck ungeeignet, da diese beiden Eigenschaften im Widerspruch zueinander stehen. Hsu und sein Doktorand Chenxi Sui haben sich daher auf eine Neuentwicklung konzentriert. Das zweite Problem bestand darin, ein Material zu finden, das sich zwischen zwei Flächenelektroden hin- und herbewegen kann, um Licht und Wärme zu absorbieren oder passieren zu lassen.

 

Die Wissenschaftler haben das Ziel erreicht, indem sie ein Phänomen namens Plasmonik nutzten. Werden winzige, nanoskalige Metallpartikel nur Nanometer voneinander entfernt platziert, so können sie bestimmte Wellenlängen des Lichts, basierend auf ihrer Größe und ihrem Abstand, einfangen und so Wärme sammeln. (pte)


Rubriken: Klimatechnik

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