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KIT-Forscher bauen Tarnkappe für den Wärmefluss

So lassen sich hitzeempfindliche Bauteil-Zonen vor auftretenden Wärmeströmen schützen
KIT-Forscher bauen Tarnkappe für den Wärmefluss

Thermische Tarnkappe: Die Wärme wird um den zentralen Bereich herum von links nach rechts geleitet. Dennoch bleiben die Temperaturverläufe (weiße Linien) parallel Bild: R. Schittny/KIT
Auch wenn es militärisch klingt, die thermische Tarnkappe ist für alle Konstruktionen mit hitzeempfindlichen Zonen interessant: Eine strukturierte Platte leitet Wärme um einen zentralen Bereich herum, ohne dass sich dies auf den Rand auswirkt.

Langfristig könnten die Ergebnisse, die Forscher des Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) nun in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ publizieren, überall dort zur Anwendung kommen, wo ein effektives Wärmemanagement erforderlich ist – etwa in Mikrochips, elektrischen Bauteilen oder Maschinen: Eine strukturierte Platte aus Kupfer und Silikon leitet Wärme um einen zentralen Bereich herum.

„Wichtig war es, für die thermische Tarnkappe die beiden verwendeten Materialien geschickt anzuordnen“, erklärt Robert Schittny vom KIT, der Erstautor der Studie. Kupfer ist ein sehr guter Wärmeleiter, der verwendete Silikonwerkstoff PDMS ein schlechter. Wird eine einfache Metallplatte am linken Rand erhitzt, wandert die Wärme gleichmäßig auf die rechte Seite. Die Temperatur nimmt dabei von links nach rechts ab. Genau das gleiche Verhalten zeigt das neue Metamaterial aus Kupfer und Silikon außerhalb der Ringstruktur. Im Innern dringt jedoch zunächst keine Wärme ein und im Äußeren gibt es keine Anzeichen dafür, was im Inneren geschieht.
„Die Ergebnisse zeigen, dass Methoden aus der Transformationsoptik auch auf dem fundamental verschiedenen Feld der Thermodynamik anwendbar sind“, sagt Martin Wegener, Leiter des Instituts für Angewandte Physik am KIT. An seinem Institut entstand auch die erste dreidimensionale Tarnkappe für sichtbares Licht. „Ich hoffe, dass unsere Arbeit die Grundlagen legt für viele weitere Entwicklungen rund um thermodynamische Metamaterialien.“
Industrieanzeiger
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19.2021
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