29.10.2018 - University of Nottingham

Neues Verbundmaterial kühlt sich bei hohen Temperaturen selbst

An der University of Nottingham wird ein von der Natur inspiriertes, hochmodernes Material entwickelt, das seine eigene Temperatur regulieren kann und gleichermaßen zur Behandlung von Verbrennungen und zur Unterstützung von Raumkapseln bei atmosphärischen Einflüssen eingesetzt werden kann.

"Eine große Herausforderung in der Materialwissenschaft besteht darin, herauszufinden, wie man die vom Menschen verursachte Materialtemperatur, die der menschliche Körper in Bezug auf seine Umwelt leisten kann, regulieren kann", erklärt Hauptautor Dr. Mark Alston, Assistant Professor in Environmental Design von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften.

Die Forschung nutzte ein Netzwerk von mehreren Mikrokanälen mit aktiv fließenden Fluiden (Fluidik) als Methode und Machbarkeitsnachweis, um ein thermisch funktionales Material aus einem synthetischen Polymer zu entwickeln. Das Material wird durch präzise Kontrollmaßnahmen ergänzt, die leitfähige Zustände schalten können, um die eigene Temperatur im Verhältnis zur Umgebung zu regeln.

"Dieser bio-inspirierte technische Ansatz treibt die strukturelle Zusammenstellung von Polymeren für den Einsatz in fortschrittlichen Materialien voran. Die Natur nutzt die Fluidik, um die Temperatur bei Säugetieren und Pflanzen zu regulieren und zu steuern, um die Sonneneinstrahlung durch Photosynthese zu absorbieren, und diese Forschung benutzte ein blattartiges Modell, um diese Funktion im Polymer nachzuahmen."

Dr. Alston fügt hinzu: "Dieser Ansatz wird zu einem fortschrittlichen Material führen, das hohe Sonneneinstrahlung absorbieren kann, wie es der menschliche Körper tun kann, um sich selbstständig zu kühlen, unabhängig von der Umgebung, in der es sich befindet. Ein thermisch funktionierendes Material könnte als Wärmeregulierungssystem für Verbrennungen verwendet werden, um die Hautoberflächentemperatur zu kühlen und die Heilung zu überwachen und zu verbessern."

Diese Art des Wärmestrommanagements könnte sich auch in der Raumfahrt als unschätzbar erweisen, wo hohe Solarlasten thermische Belastungen für die strukturelle Integrität von Raumkapseln verursachen können.

Durch die Regelung der Temperatur des Strukturmaterials des Fahrzeugs werden nicht nur die strukturellen Eigenschaften verbessert, sondern es kann auch Nutzleistung erzeugt werden. Diese Wärmeenergie könnte aus dem rezirkulierten Flüssigkeitssystem entfernt werden, das in einem Vorratsbehälter an Bord der Kapsel gespeichert wird. Nach der Erfassung kann die Energie in elektrische Energie oder in Warmwasser umgewandelt werden, um von der Crew genutzt zu werden.

Die experimentelle Seite dieser Forschung ist laborbasiert und wurde in Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut der britischen Regierung entwickelt: Rat der wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen (SRFC). Die nächsten Schritte für die Forschung sind die Sicherung der Finanzierung eines Demonstrator-Scale-Up für die Luft- und Raumfahrtfertigung und die Identifizierung eines industriellen Partners.

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