Brütende Hitze hinter sonnendurchfluteten Fenstern oder ausufernde Stromrechnungen durch Klimaanlagen könnten bald der Vergangenheit angehören: Materialforscher haben eine intelligente Fensterbeschichtuhng entwickelt, die zwar das Sonnenlicht durchlässt, aber die Hitze aussperrt.
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Während konventionelle Beschichtungen sowohl das Licht als auch die Hitze reflektieren und damit einen Raum verdunkeln, erlaubt das neue Material, das aus einem Derivat von Vanadiumdioxid besteht, es den sichtbaren Wellenlängen des Lichts, zu passieren. Nur der infrarote Anteil des Lichts, die Wärmestrahlung, wird herausgefiltert und reflektiert, sobald die Temperaturen über 29 Grad Celsius ansteigen. Liegen die Temperaturen darunter, wird auch die Wärmestrahlung durchgelassen.
Durch diese Fähigkeit der Beschichtung, zwischen Absorbieren und Reflektieren zu wechseln, trägt sie an kühleren Tagen zur Heizung der Räume bei, dient an warmen Tagen aber als effektiver Hitzeschutz, der bis zu 50 Prozent der Sonnenwärme reduziert.
„Technologische Innovationen wie die intelligente Fensterbeschichtung öffnen uns eine Tür zu kreativerem Design. Der jetzige Trend zu immer mehr Glas in Gebäuden stellte für die Architekten ein Dilemma dar. Sollen sie das Glas tönen und damit Einbußen in der Helligkeit in Kauf nehmen oder es unterlassen und damit die Kosten für die Klimatisierung in die Höhe treiben?“, erklärt Ivan Parkin, Professor für Materialforschung am University College von London.
Metall und Supraleitereigenschaften
„Die Hitze reflektierenden Eigenschaften des Vanadiumdioxids sind schon seit längerem bekannt, aber der Stolperstein war die Höhe der Temperatur, ab der dieser Effekt einsetzt. Es nutzt nicht viel, wenn das erst ab 70 Grad Celsius der Fall ist, „ so Parkin. „Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, diese Schwellentemperatur bis auf annähernd Raumtemperatur zu senken und das Ganze in kommerziell nutzbarer Form zu produzieren.“
Die Eignung von Vanadiumdioxid basiert auf seiner Fähigkeit, zwischen Metall- und Supraleitereigenschaften zu wechseln. Dieser Wechsel beruht auf einer Veränderung in der Elektronenanordnung des Materials. Unterhalb der Schwellentemperatur sind die Bindungen zwischen den Vanadiumatomen stabil und halten die Elektronen fest. Oberhalb aber brechen sie auf und ermöglichen es den dann freien Elektronen, Ladungen weiterzuleiten.
Schwelle gesenkt
Durch den Zusatz kleiner Mengen anderer Elemente wie Wolfram, Molybdän oder Niobium kann die Schwellentemperatur gesenkt werden, da diese dem Vanadium zusätzliche Elektronen zuführen, die die metallische Phase stabilisieren. Die Forscher konnten nun zeigen, dass ein Zusatz von 1,9 Prozent Wolfram optimal für eine ausreichende senkung des Schwellenwertes ist.
Die Beschichtung wird dem Glas nach einer in der Glasindustrie bereits verbreiteten Methode noch während seines Produktionsprozesses aufgetragen. Dadurch entfällt die für nachträgliche Beschichtungsverfahren nötige Anschaffung teurer Spezialgeräte.
„Als nächsten Schritt zur Marktreife wollen wir untersuchen, wie haltbar diese Beschichtung ist. Idealerweise sollte sie so lange halten wie das Glas selbst. Und wenn man sich umschaut, wie alt manche Fenster bereits sind, sprechen wir hier von mindestens hundert Jahren“, so Parkin. „Eine andere Überlegung ist die Farbe der Beschichtung. Zur Zeit ist sie gelblich-grün, was für Fenster nicht sehr attraktiv ist. Daher suchen wir jetzt nach einer Möglichkeit, hier gezielt einzugreifen.“
(University College of London, 10.08.2004 – NPO)
