Biegsame Supraleiter-Folien

  • 21. August 2014

Projekt zu Folien mit Nanodrähten will Vorteile der Hochtemperatur-Supraleitung mit Flexibilität von Kunststoffen verbinden.

Eine biegsame Kunststoff-Folie, in die ein Geflecht aus Hochtemperatur-Supraleitern eingebettet ist – ein solches Verbundmaterial wollen Experimentalphysiker der Universität des Saarlandes im Rahmen ihres neuen Projekts „Supraleitende Folien“ entwickeln. Falls dies gelingt, wäre das der Beginn einer neuen Klasse von supraleitenden Materialien. Das unter Leitung von Michael Koblischka durchgeführte Projekt der Arbeitsgruppe „Nanostrukturforschung und Nanotechnologie“ von Uwe Hartmann wird von der VolkswagenStiftung in der Initiative „Experiment!“ 18 Monate lang mit insgesamt 100.000 Euro gefördert. Die Initiative unterstützt grundlegend neue Ideen mit ungewissem Ausgang. Das Projekt ist eines von 19 Vorhaben, die in der diesjährigen Ausschreibungsrunde aus insgesamt 630 Anträgen ausgewählt wurden.

Supraleiter sind seit rund hundert Jahren bekannt. Allerdings benötigen die klassischen Supraleiter, die aus Metallen bestehen, Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, was sie für viele Anwendungen wirtschaftlich unattraktiv macht. In den 1980er Jahren hat man die ersten Hochtemperatur-Supraleiter entdeckt, die den verlustfreien Transport von Strom schon bei höheren Temperaturen um minus 200 Grad Celsius erlauben. Sie lassen sich mit flüssigem Stickstoff kühlen, der kostengünstig und leicht verfügbar ist. Da sie aus Keramiken bestehen, sind sie jedoch äußerst starr und spröde und daher nur eingeschränkt technisch einsetzbar.

Um biegsame keramische Supraleiter herzustellen, haben Uwe Hartmann und sein Team an der Saar-Universität erstmals das Verfahren des Elektrospinnens benutzt, das man bisher fast nur für Kunststoffe eingesetzt hat. Dabei werden flüssige Vorläuferverbindungen (Präkursoren) durch eine feine Düse gepresst, die unter elektrischer Spannung steht. So entstehen hauchdünne Fäden mit einem Durchmesser von 100 Nanometern oder weniger – tausendmal dünner als ein menschliches Haar. Dieses Geflecht feiner Fasern wird während einer Nachbehandlung erhitzt, so dass Supraleiter in der richtigen Zusammensetzung entstehen: Sie bestehen aus Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff (kurz: YBCO) oder ähnlichen Verbindungen. „Das Geflecht aus Hochtemperatur-Supraleitern ist deutlich ressourcenärmer als die herkömmlichen Keramiken und vor allem sehr biegsam“, erklärt Uwe Hartmann.

In ihrem neuen Projekt „Supraleitende Folien“ wollen die Saarbrücker Forscher nun noch einen Schritt weiter gehen: Sie wollen das Geflecht aus Nanodrähten in eine Kunststofffolie einbetten, die „biegsam und dünn wie eine Frischhaltefolie ist und in jeder Größe hergestellt werden kann“, so Hartmann. Solche Folien wären eine völlig neue Klasse von supraleitenden Materialien, da sie die Vorteile der Supraleitung – den verlustfreien Energietransport – mit der Flexibilität und dem geringen Gewicht einer Folie verbinden könnten. Einsetzbar wären sie beispielsweise als flexible supraleitende Kabel oder als elektromagnetische Abschirmmaterialien, beispielsweise in der Medizintechnik oder in der Weltraumtechnik.

Doch noch sind die Forschungen hierzu ganz am Anfang: „Die Herausforderung für uns besteht nun darin, Kunststoffe zu finden, die bei Temperaturen um minus 200 Grad Celsius biegsam sind und nicht mit den Supraleitern reagieren“, erläutert Uwe Hartmann das Ziel des von der Volkswagen-Stiftung prämierten Forschungsprojekts.

Mit der Förderinitiative „Experiment!“ unterstützt die VolkswagenStiftung grundlegend neue Forschungsvorhaben mit hohem Forschungsrisiko, zu denen es bisher kaum Vorarbeiten gibt. Mit der frei verwendbaren Anschubfinanzierung von 100.000 Euro können Forscher während einer Phase von 18 Monaten erste Anhaltspunkte für die Tragfähigkeit ihres Konzeptes gewinnen.

U. Saarland / DE

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