Wärmetransport in kolloidalen Legierungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wärmetransport in partikelbasierten Materialien und in Kompositstrukturen stand im Fokus der hier durchgeführten Untersuchungen. Wir haben hierfür definierte Kapseln in einem Größenbereich < 1 µm aus Silika (SiO2) und Titandioxid (TiO2) synthetisiert. Durch ein optimiertes Syntheseprotokoll sind nun auch ausreichende Mengen homogener TiO2 Kapseln zugänglich. Die Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität in verschiedenen Kompositsystemen hat gezeigt, dass über weite Bereiche eine Beschreibung über effektive Mischungsmodelle mit den gemessenen Werten übereinstimmt. Die Herstellung guter thermischer Isolationsmaterialien ist über definierte binäre Mischungen aus Hohlkugeln- oder Vollkugeln möglich. Die niedrigere Dichte und höhere Tortuosität in Mischungen aus Hohlkugeln resultieren in niedrigeren Wärmeleitfähigkeiten. Besonders überraschend war die Beobachtung eines Wechsels des Wärmetransportmechanismus im Falle von SiO2 Hohlkugeln bei hohen Temperaturen. Während bei niedrigeren Temperaturen kolloidale Gläser aus SiO2 Hohlkugeln analog zu Silika-Aerogelen eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, zeigte sich bei Temperaturen über 500 °C, ein zweiter, deutlich schnellerer Temperaturübertrag bei der Messung mittels Lichtblitzanalyse. Aus Referenzmessungen mit dichten Vergleichsmaterialien und Hohlkugeln mit anderen Absorptionseigenschaften im nahen Infrarotbereich konnten wir nachweisen, dass dieser Übertrag durch radiativen Transport erfolgen muss. Die thermischen Isolationseigenschaften sind in diesen porösen Materialien daher durch den Wechsel des Transportmechanismus deutlich reduziert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Well-defined metal-polymer nanocomposites: The interplay of structure, thermoplasmonics, and elastic mechanical properties. Physical Review Materials 2018, 2 (12), 123605
Reig, D. S.; Hummel, P.; Wang, Z. Y.; Rosenfeldt, S.; Graczykowski, B.; Retsch, M.; Fytas, G.
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Anisotropic Thermal Transport in Spray-Coated Single-Phase Two-Dimensional Materials: Synthetic Clay Versus Graphene Oxide. ACS Appl Mater & Interfaces 2020, 12 (16), 18785-18791
Philipp, A.; Hummel, P.; Schilling, T.; Feicht, P.; Rosenfeldt, S.; Ertl, M.; Schottle, M.; Lechner, A. M.; Xu, Z.; Gao, C.; Breu, J.; Retsch, M.
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Scalable synthesis of smooth PS@TiO2 core-shell and TiO2 hollow spheres in the (sub) micron size range: understanding synthesis and calcination parameters. Colloid. Polym. Sci. 2020, 298, 867-878
Lechner, A. M.; Feller, T.; Song, Q.; Kopera, B. A. F.; Heindl, L.; Drechsler, M.; Rosenfeldt, S.; Retsch, M.
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Thermal Transport in Ampholytic Polymers: The Role of Hydrogen Bonding and Water Uptake. Macromolecules 2020, 53 (13), 5528-5537
Hummel, P.; Lechner, A. M.; Herrmann, K.; Biehl, P.; Rössel, C.; Wiedenhöft, L.; Schacher, F. H.; Retsch, M.
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Tunable Thermoelastic Anisotropy in Hybrid Bragg Stacks with Extreme Polymer Confinement. Angew Chem Int Ed 2020, 59 (3), 1286-1294
Wang, Z.; Rolle, K.; Schilling, T.; Hummel, P.; Philipp, A.; Kopera, B. A. F.; Lechner, A. M.; Retsch, M.; Breu, J.; Fytas, G.
