Wissenschafter der Drexel University haben ein zweidimensionales Nanomaterial namens MXene entwickelt, das in dünnen Schichten aufgetragen werden kann und Infrarotstrahlung für passive Heizung und Kühlung nutzt. Eine internationale Forschergruppe, geleitet von der Drexel University, hat herausgefunden, dass die hauchdünne Beschichtung von MXene die Fähigkeit eines Materials verbessern kann, Wärme zu speichern oder abzugeben. Diese Entdeckung, die mit der Fähigkeit von MXene zusammenhängt, den Durchgang von Umgebungs-Infrarotstrahlung zu regulieren, könnte zu Fortschritten in der thermischen Bekleidung, Heizelementen und neuen Materialien für strahlende Heizung und Kühlung führen.

Die Gruppe, darunter Materialwissenschaftler und Optoelektronikforscher von Drexel und Computerspezialisten von der University of Pennsylvania, hat ihre Entdeckung in Bezug auf die radiative Heiz- und Kühlkapazitäten von MXene in dem Artikel „Vielseitigkeit der Infraroteigenschaften von MXene“ in Materials Today dargelegt.

„Diese Forschung zeigt eine weitere Facette der Vielseitigkeit von MXene-Materialien“, sagte Yury Gogotsi, Ph.D., Distinguished University and Bach Chair Professor in Drexels College of Engineering, der einer der Leiter der Forschung war. „MXene-Beschichtungen mit außergewöhnlichen Fähigkeiten zur Aufnahme oder Abgabe von Infrarotstrahlung, während sie extrem dünn – 200-300 mal dünner als ein menschliches Haar – leicht und flexibel sind, könnten Anwendungen sowohl in der lokalen Wärmeregulierung als auch in großen Strahlungsheiz- und kühlungssystemen finden. Es gibt erhebliche Vorteile bei passiver Infrarot-Heizung und -Kühlung im Vergleich zu herkömmlichen aktiven Systemen, die elektrische Energie benötigen, um zu funktionieren.“

MXene sind eine Familie von zweidimensionalen Nanomaterialien, die ursprünglich von Drexel-Forschern im Jahr 2011 entdeckt wurden und aufgrund ihrer Zusammensetzung und zweidimensionalen Struktur zunehmend als außergewöhnlich bei der Leitung von Elektrizität, der Speicherung elektrischer Energie, der Filterung von chemischen Verbindungen und der Blockierung von elektromagnetischer Strahlung erwiesen haben. Im Laufe der Jahre haben Materialwissenschaftler MXene mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen produziert und umfangreich untersucht, was zur Entdeckung zahlreicher Anwendungen führte.

In ihrem kürzlich veröffentlichten Artikel maß das Team die Fähigkeit von 10 verschiedenen MXene-Zusammensetzungen, den Durchgang von Infrarotstrahlung zu fördern oder zu hemmen – eine Messung namens „Emissivität“, die mit ihrer Fähigkeit korreliert, Umgebungs-Wärme passiv aufzufangen oder abzuleiten.

„Wir wussten aus früheren Forschungen, dass MXene mehr als in der Lage sind, Radiowellen und Mikrowellenstrahlung zu reflektieren oder zu absorbieren, also war es der nächste Schritt, ihre Wechselwirkungen mit Infrarotstrahlung zu untersuchen, die eine viel kürzere Wellenlänge hat“, sagt Danzhen Zhang, ein Mitforscher in Gogotsis Labor und Co-Autor des Papiers. „Der Vorteil der Fähigkeit, den Durchgang von Infrarotstrahlung zu kontrollieren, liegt darin, dass wir diese Art von Strahlung für die passive Heizung verwenden können – wenn wir sie einschließen können – oder für die passive Kühlung, wenn wir sie ableiten können. Die MXenes, die wir getestet haben, zeigten, dass sie beides tun können, je nach ihrer elementaren Zusammensetzung und der Anzahl der atomaren Schichten.“

Im Vergleich zu den in den heutigen Märkten verfügbaren passiven Kühlmitteln, die die Wärmestrahlung des Körpers – Körperwärme –

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Von Roxane Gay

Roxane Gay ist eine herausragende Schriftstellerin und Kulturkritikerin, die in ihren Werken Fragen von Rasse, Geschlecht und Sexualität untersucht. Ihr bestverkauftes Memoir "Hunger" ist ein mächtiger Bericht über ihre Erfahrungen mit Trauma, Körperbild und Identität.

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