Aerogel Forscher wollen mit Laser-Segel nach Proxima Centauri

Ein neu entwickeltes Material könnte laut Forschern Reisen zu anderen Sternen möglich machen. Extrem sind neben dem Gewicht auch andere Eigenschaften des Super-Werkstoffs.

Sogar ein Staubgefäß einer Blume kann es halten: Das neue Aerogel ist extrem leicht und hitzebeständig
Xiangfeng Duan and Xiang Xu / UCLA

Sogar ein Staubgefäß einer Blume kann es halten: Das neue Aerogel ist extrem leicht und hitzebeständig


Es besteht zu mehr als 99 Prozent aus Luft und hält extreme Temperatursprünge aus: Forscher haben ein sogenanntes Aerogel entwickelt, das schnelle Temperaturwechsel zwischen minus 198 Grad und plus 900 Grad Celsius schadlos übersteht.

Das außergewöhnliche Material dämme extrem gut und könne für den Einsatz im Weltraum geeignet sein, berichtet die Gruppe um Xiangfeng Duan von der University of California in Los Angeles in der Fachzeitschrift "Science". Denn im erdnahen Orbit können zwischen der sonnenzugewandten und der sonnenabgewandten Seite einer Sonde mehrere Hundert Grad liegen. Eine Drehung bedeutet daher einen enormen und sehr raschen Temperaturwechsel.

Ultraleichte Stoffe

Aerogele sind so porös, dass sie zu mehr als 99 Prozent aus Luft oder freiem Raum bestehen. Das macht sie extrem leicht und elastisch. Die ultraleichten Stoffe wurden Anfang der Dreißigerjahre entdeckt, gerieten danach aber bis in die Siebzigerjahre in Vergessenheit. Wegen der vielversprechenden Eigenschaften der schwammähnlichen Materialien erlebt die Aerogel-Forschung jedoch seit einigen Jahren einen Aufschwung.

Bislang hielten Aerogele großen thermischen Gefällen oder anhaltend hohen Temperaturen oft nicht gut stand, erklären die Forscher. Sie wollten deshalb ein widerstandsfähigeres Material entwickeln.

Die Basis ihres Super-Werkstoffs ist Bornitrid, eine Bor-Stickstoff-Verbindung, die wabenförmige Strukturen bilden kann. Diese schon sehr stabilen, flachen Strukturen banden die Wissenschaftler in ein dreidimensionales, netzartiges Gebilde ein. Dadurch lässt es sich sehr gut plastisch verformen.

Dass ihr Material so gut dämmt, führen Duan und Kollegen auf drei Hauptfaktoren zurück: Erstens ist durch die sehr geringe Dichte des Materials die Wärmeleitung im Feststoff reduziert. Zwar gibt ein heißer Körper Wärmestrahlung ab, aber das ist weniger effektiv als Wärmeleitung. Zweitens existieren in der Bornitrid-Struktur Brüche im Bereich von Nanometern (Millionstel Millimetern). Diese behindern die Wärmeleitung. Drittens sind die Porenwände als Doppelwände ausgestaltet und dämmen dadurch ähnlich wie Doppelglasfenster.

Proben des Aerogel
Oszie Tarula / UCLA

Proben des Aerogel

Um die Wirkung thermischer Schocks auf das Material zu testen, entwickelten die Forscher eine besondere Röhre: Ihr eines Ende steckte in einem Ofen, ihr anderes wurde mit flüssigem Stickstoff auf minus 198 Grad Celsius gekühlt. Durch Luftstöße wurde eine Probe zwischen den beiden Enden hin- und hergeschickt. Dabei ergaben sich Temperaturwechsel von etwa 275 Grad pro Sekunde - und trotzdem kein Problem für das neue Aerogel.

In 20 Jahren nach Proxima Centauri

Das entwickelte Material bietet zwei weitere Vorteile, loben die Forscher Manish Chhowalla von der University of Cambridge und Deep Jariwala von der University of Pennsylvania, die nicht an der Studie beteiligt waren. Das Material dehne sich bei größerer Wärme nicht aus, sondern ziehe sich etwas zusammen. Zum anderen besitze es eine negative sogenannte Poissonzahl: Das heißt, wird es seitlich gezogen, wird es nicht flacher, sondern dehnt sich nach oben und unten aus.

Die Forscher können sich vorstellen, dass das Material für ein Lasersegel geeignet sein könnte. Dabei soll ein sehr leichtes Material durch Laserstrahlen auf rund 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit gebracht werden. Auf diese Weise könnte eine Sonde den erdnächsten Stern, den 4,2 Lichtjahre entfernten Proxima Centauri, in etwas mehr als 20 Jahren erreichen.

von Stefan Parsch/dpa/koe



© SPIEGEL ONLINE 2019
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung


TOP
Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.