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Spinnenseide leitet Wärme besser als Kupfer

06.03.2012
Experimente: Leitfähigkeit steigt bei Dehnung sogar

Spinnenseide leitet Wärme besser als Kupfer und wird in dieser Fähigkeit nur von Silber und Diamanten geschlagen. Das berichten Forscher der Iowa State University in der Zeitschrift "Advanced Materials". "Bisher kannte man keinen guten Wärmeleiter unter den organischen Materialien. Spinnenseide ist hier eine eindeutige Ausnahme", berichtet Studienleiter Xinwei Wang.


Spinnennetz: Wunderfäden gehören zu besten Wärmeleitern (Foto: Flickr/Cea)

Nur Diamant und Silber besser

Die Forscher testeten in ihren Experimenten Fäden der Goldenen Seidenspinne. Es stellte sich heraus, dass diese einen Wärmeleitwert von 416 Watt pro Meter und Kelvin besitzen - womit Spinnenfäden zu den besten Wärmeleitern überhaupt zählt: Kupfer liegt vergleichsweise bei 401 Watt pro Meter und Kelvin, Eisen bei 80 und Wasser bloß bei 0,5. Darüber liegen bloß Silber (429), Diamanten (2.300) und Kohlenstoff-Nanoröhrchen (6.000).

Ein weiteres Ergebnis überraschte die Forscher: Sobald man Spinnenseide - getestet wurden jeweils die Fäden zur Netzbefestigung - dehnt, verstärkt sich die Wärmeleitfähigkeit noch zusätzlich, beim Maximalwert der Dehnung von 20 Prozent sogar um weitere 20 Prozent. Damit steht die Spinnenseide völlig im Gegensatz zu den meisten anderen Materialien, die bei Dehnung schlechter leiten.

Unverstandene Molekülstruktur

"Rein chemisch kann man Spinnenseide heute problemlos nachbauen. Ihre mechanischen Eigenschaften hat man jedoch trotz vieler Forschung noch immer nicht erreicht. Das dürfte damit zusammenhängen, dass auch die molekulare Anordnung eine wichtige Rolle spielt", berichtet Peter Fratzl, Leiter der Abteilung Biomaterialien am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung http://www.mpikg.mpg.de , im pressetext-Interview.

Dieses Urteil fällen auch die US-Forscher: Die Wärmeleitfähigkeit dürfte darauf zurückgehen, dass die Proteine der Seidenmoleküle Nanokristalle enthalten und in Federform miteinander verknüpft sind. Der genaue Mechanismus dahinter ist jedoch nicht erforscht. Ungelöstes Rätsel bleibt dabei weiterhin, wie die Spinne mittels ihrer Extrusionsdrüse die Rohseide durch Zufügung von Wasser im genau richtigen Moment nachbearbeitet.

Stoff für heiße Tage

Die Einsatzmöglichkeiten eines künstlichen Materials, das Wärme ähnlich leitet wie Spinnenseide, scheinen indes nahezu unbegrenzt, erlauben doch etwa flexible, hitzeleitende Elektronikteilchen völlig neue Anwendungen. Doch auch für den Alltag könnte Spinnenseide-Gewebe große Vorteile bringen: Kleidung mit hohem Wärmeaustausch für heiße Tage gehört etwa dazu, oder Wundverbände, die Hitze nicht am Körper festhalten.

Abstract unter http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201104668/abstract

Johannes Pernsteiner | pressetext.redaktion
Weitere Informationen:
http://www.iastate.edu

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