Vliesstoffe leiten Strom, aber keine Wärme

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Fasern im neuen Vliesstoff (Foto: uni-bayreuth.de)

Bayreuth (pte028/04.04.2023/13:55) - Forscher der Universität Bayreuth ( https://www.uni-bayreuth.de/ ) haben neuartige Vliesstoffe entwickelt, die eine ungewöhnliche Kombination aus hoher elektrischer Leitfähigkeit und extrem niedriger Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Vliese stellen laut den Experten einen Durchbruch in der Materialforschung dar. Details sind in "Science Advances" nachzulesen.

Energietechnik und Elektronik

Mit einem einfach zu realisierenden Konzept haben die Bayreuther die elektrische und thermische Leitfähigkeit entkoppelt. Die Vliese werden aus Kohlenstoff und siliziumbasierter Keramik im Elektrospinnverfahren hergestellt, bestehen aus Fasern mit einem Durchmesser zwischen 500 und 600 Nanometern und eignen sich für viele Anwendungen, zum Beispiel in der Energietechnik und Elektronik. Auch sind sie kostengünstig industriell herstellbar.

Jede Faser enthält eine Matrix aus Kohlenstoff. Darin sind winzige Bereiche, die nur wenige Nanometer groß und mit Keramik gefüllt sind, gleichmäßig verteilt. Diese Keramikphasen bilden winzige "Inseln" im "Meer" der Kohlenstoffmatrix und haben entgegengesetzte, sich ergänzende Wirkungen. Die Kohlenstoffmatrix ermöglicht den Elektronentransport in den Fasern und damit eine hohe elektrische Leitfähigkeit, während die Keramikphasen die Ausbreitung von Wärmeenergie ebenso wirksam verhindern.

Ungewöhnliche Kombination

Wie ungewöhnlich die Kombination aus hoher elektrischer und extrem niedriger thermischer Leitfähigkeit ist, zeigt ein Vergleich mit rund 4.000 anderen Materialien, darunter Keramiken, Kohlenstoffe, natürliche Materialien, synthetische Polymere, Metalle, Gläser und verschiedene Verbundstoffe. Elektronentransport und thermische Energieisolierung sind bei dem neuen elektrogesponnenen Verbundwerkstoff stärker gekoppelt als bei anderen Materialien.

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