Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hamburger Wissenschaftler entwickeln neuartige Nanomaterialien für die Umwandlung von Wärme in Strom

07.06.2016

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Hamburg (TUHH), des Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) in Kooperation mit der kanadischen University of Alberta haben ein neuartiges optisches Nanomaterial hergestellt, das es ermöglicht, Wärme direkt in Strahlung und danach mit hoher Effizienz in elektrische Energie umzuwandeln. Das neu entwickelte Nanomaterial soll einen wichtigen Beitrag leisten, moderne Industriegesellschaften auf ressourcenschonenden Energieeinsatz umzustellen. Publiziert wird die Arbeit am 6. Juni 2016 in „Nature Communications“, einer der weltweit wichtigsten Fachzeit-schriften für fachübergreifende, wissenschaftliche Forschungsarbeiten.

Wärmestrahlung direkt in elektrische Energie umzuwandeln, bezeichnet man als Thermophotovoltaik. Hierfür haben die Hamburger Wissenschaftler geschickt Nanoschichten aus den hochtemperaturfesten Materialien Wolfram und Hafniumdioxid kombiniert und daraus ein sogenanntes optisches Metamaterial aufgebaut.


Links: Aufbau des geschichteten optischen Nanomaterials aus nur 20 Nanometer dicken Lagen des hochtemperaturbeständigen Wolframs und 100 Nanometer dicken Lagen aus ebenfalls hochtemperatur­festem Hafniumdioxid. Rechts: Die elektronenmikroskopische Aufnahme des opti­schen Nanomaterials zeigt die sehr hohe Präzision, mit der die Einzellagen erzeugt wurden. Zum Ver­gleich: Der Durchmesser eines menschlichen Haares ist fünftausendmal größer als die Dicke einer Wolframschicht. (Foto: TUHH)

Die Dicke einer Wolframschicht ist dabei fünftausendmal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Dieses neuartige Nanomaterial unter-drückt die Aussendung unerwünschter langwelliger Wärmestrahlung bei 1000°C und lässt nur die Emission der auch technisch verwertbaren kürzerwelligeren Wärmestrahlung zu. Die langwellige Strahlung wird in der thermophotovoltaischen Energieumwandlung nicht gebraucht und wäre verloren.

Durch die Unterdrückung der langwelligen Emission lässt sich die Effizienz von thermophotovoltaischen Energiewandlern deutlich erhöhen, mit denen die in industriellen Prozessen anfallende Abwärme oder auch Wärme aus Sonnenstrahlung direkt in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Das Hamburger Forscherteam konnte weltweit erstmals den Nachweis erbringen, dass eine solche selektive Emission mit Metamaterialien bei 1000°C möglich ist. Die Temperaturbeständigkeit des optischen Metamaterials ist Rekord.

Die optischen Nanomaterialien wurden im Sonderforschungsbereich 986 „Maßgeschneiderte Multiskalige Materialsysteme – M³“ der TUHH entwickelt. Der SFB wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

„Gemeinsam mit unseren Kooperationspartnern von der University of Alberta ist es uns gelungen, alle erforderlichen Kompetenzen von der Theorie und elektromagnetischen Simulation über die Schichtherstellung bis hin zur optischen, thermischen und strukturanalytischen Charakterisierung zusammenzuführen und darüber hinaus einen hervorragenden länderübergreifenden Teamgeist zu etablieren“, sagt Professor Manfred Eich, Co-Sprecher des SFB 986 und Leiter des Instituts für Optische und Elektronische Materialien der TUHH.

Publikation
"Controlling thermal emission with refractory epsilon near-zero metamaterials via topological transi¬tions" by Pavel Dyachenko, Sean Molesky, Alexander Pe-trov, Michael Störmer, Tobias Krekeler, Slawa Lang, Martin Ritter, Zubin Jacob, and Manfred Eich [Paper #NCOMMS-15-23573B]
in Nature Communications

DOI: 10.1038/ncomms11809

Der Artikel erscheint am 6. Juni 2016 unter http://www.nature.com/ncomms/index.html

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Manfred Eich
Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH)
Institut für Optische und Elektronische Materialien
Eißendorfer Straße 38
21073 Hamburg
Tel +49 40 42878 3147
Fax +49 40 42878 2229
E-Mail: m.eich@tuhh.de
https://www.tuhh.de/alt/oem/home.html

Jasmine Ait-Djoudi | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.tuhh.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Hygienische und virenfreie Oberflächen: Smartphones schnell und sicher mit Licht desinfizieren
06.04.2020 | Institutsteil Angewandte Systemtechnik (AST) des Fraunhofer IOSB

nachricht Innovative Materialien und Bauelemente für die Terahertz-Elektronik
02.04.2020 | Forschungsverbund Berlin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Belle II liefert erste Ergebnisse: Auf der Suche nach dem Z‘-Boson

Vor ziemlich genau einem Jahr ist das Belle II-Experiment angelaufen. Jetzt veröffentlicht das renommierte Journal Physical Review Letters die ersten Resultate des Detektors. Die Arbeit befasst sich mit einem neuen Teilchen im Zusammenhang mit der Dunklen Materie, die nach heutigem Kenntnisstand etwa 25 Prozent des Universums ausmacht.

Seit etwa einem Jahr nimmt das Belle II-Experiment Daten für physikalische Messungen. Sowohl der Elektron-Positron-Beschleuniger SuperKEKB als auch der...

Im Focus: Belle II yields the first results: In search of the Z′ boson

The Belle II experiment has been collecting data from physical measurements for about one year. After several years of rebuilding work, both the SuperKEKB electron–positron accelerator and the Belle II detector have been improved compared with their predecessors in order to achieve a 40-fold higher data rate.

Scientists at 12 institutes in Germany are involved in constructing and operating the detector, developing evaluation algorithms, and analyzing the data.

Im Focus: Wenn Ionen an ihrem Käfig rütteln

In vielen Bereichen spielen „Elektrolyte“ eine wichtige Rolle: Sie sind bei der Speicherung von Energie in unserem Körper wie auch in Batterien von großer Bedeutung. Um Energie freizusetzen, müssen sich Ionen – geladene Atome – in einer Flüssigkeit, wie bspw. Wasser, bewegen. Bisher war jedoch der präzise Mechanismus, wie genau sie sich durch die Atome und Moleküle der Elektrolyt-Flüssigkeit bewegen, weitgehend unverstanden. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung haben nun gezeigt, dass der durch die Bewegung von Ionen bestimmte elektrische Widerstand einer Elektrolyt-Flüssigkeit sich auf mikroskopische Schwingungen dieser gelösten Ionen zurückführen lässt.

Kochsalz wird in der Chemie auch als Natriumchlorid bezeichnet. Löst man Kochsalz in Wasser lösen sich Natrium und Chlorid als positiv bzw. negativ geladene...

Im Focus: When ions rattle their cage

Electrolytes play a key role in many areas: They are crucial for the storage of energy in our body as well as in batteries. In order to release energy, ions - charged atoms - must move in a liquid such as water. Until now the precise mechanism by which they move through the atoms and molecules of the electrolyte has, however, remained largely unknown. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research have now shown that the electrical resistance of an electrolyte, which is determined by the motion of ions, can be traced back to microscopic vibrations of these dissolved ions.

In chemistry, common table salt is also known as sodium chloride. If this salt is dissolved in water, sodium and chloride atoms dissolve as positively or...

Im Focus: Den Regen für Hydrovoltaik nutzen

Wassertropfen, die auf Oberflächen fallen oder über sie gleiten, können Spuren elektrischer Ladung hinterlassen, so dass sich die Tropfen selbst aufladen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben dieses Phänomen, das uns auch in unserem Alltag begleitet, nun detailliert untersucht. Sie entwickelten eine Methode zur Quantifizierung der Ladungserzeugung und entwickelten zusätzlich ein theoretisches Modell zum besseren Verständnis. Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte der beobachtete Effekt eine Möglichkeit zur Energieerzeugung und ein wichtiger Baustein zum Verständnis der Reibungselektrizität sein.

Wassertropfen, die über nicht leitende Oberflächen gleiten, sind überall in unserem Leben zu finden: Vom Tropfen einer Kaffeemaschine über eine Dusche bis hin...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium AWK’21 findet am 10. und 11. Juni 2021 statt

06.04.2020 | Veranstaltungen

Interdisziplinärer Austausch zum Design elektrochemischer Reaktoren

03.04.2020 | Veranstaltungen

13. »AKL – International Laser Technology Congress«: 4.–6. Mai 2022 in Aachen – Lasertechnik Live bereits früher!

02.04.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Die Zacken in der Viruskrone

07.04.2020 | Biowissenschaften Chemie

Auf der Suche nach neuen Antibiotika

07.04.2020 | Biowissenschaften Chemie

Belle II liefert erste Ergebnisse: Auf der Suche nach dem Z‘-Boson

07.04.2020 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics