Graphen widerspricht Joseph Fourier

8. Mai 2014, 13:51
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Das "Wundermaterial" ist um eine weitere Besonderheit reicher: Wärmeleitfähigkeit wächst mit der Größe einer Graphenschicht

Mainz - Laut den vom französischen Physiker Joseph Fourier (1768-1830) postulierten Gesetzen der Wärmeausbreitung in Festkörpern ist die Wärmeleitfähigkeit eine intrinsische Materialeigenschaft. Sie sollte also im Normalfall nicht von Größe oder Form abhängen. Das aus vielerlei Gründen gerne als "Wundermaterial" bezeichnete Graphen, eine zweidimensionale Schicht aus Kohlenstoffatomen, scheint da aber aus der Reihe zu tanzen, wie das Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz berichtet.

Wissenschafter des Instituts um Davide Donadio kommen gemeinsam mit Kollegen von der National University Singapur zu dem Schluss, dass die Wärmeleitfähigkeit von Graphen nicht konstant ist. Durch Experimente und computergestützte Simulationen stellten sie fest, dass die Wärmeleitfähigkeit logarithmisch mit der Vergrößerung einer Graphenschicht anwächst. Je länger also die Schicht ist, desto mehr Wärme kann sie pro Längeneinheit transportieren. Die Studie wurde in "Nature Communications" publiziert.

Donadio machte die zweidimensionale Struktur und die steifen chemischen Bindungen für diese weitere Besonderheit von Graphen verantwortlich. Im Ungleichgewichtszustand können sich die thermischen Schwingungen fasst ohne Energieverlust ausbreiten. "Wir haben Mechanismen des Wärmetransports erkannt, die in der Mikrometerskala tatsächlich den Gesetzen von Fourier widersprechen. Nun müssen alle bisher experimentell ermittelten Messergebnisse für Graphen neu interpretiert werden. Die Idee der Wärmeleitfähigkeit als materialspezifische Konstante trifft auf Graphen nicht zu", sagt Donadio. (red, derStandard.at, 8. 5. 2014)

 

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