Neue Materialien aus Kunststoff, die Polarpolymere, kühlen sich bei einer angeschlossenen Spannung effektiv ab und ebnen den Weg zu einer eleganteren Kältetechnik

University Park (USA) - Ohne aufdringlich brummenden Kompressor könnten künftige, Strom sparende Kühlschränke auskommen. Nicht mehr flüssige Kältemittel, sondern feste Spezialkunststoffe sollen dann die Temperatur sinken lassen. Die Grundlage für diese Entwicklung legten nun amerikanische Materialforscher mit der Entwicklung eines so genannten Polarpolymers. Wie sie in der Zeitschrift "Science" berichten, konnten sie mit einer angelegten Spannung einen Temperaturabfall von etwa zwölf Grad erreichen.

"Das ist der erste Schritt für die Entwicklung eines Kühlsystems, das elektrische Felder nutzt", sagt Qiming Zhang, Elektrotechnik-Professor an der Pennsylvania State University in University Park. Sein Team kombinierte zwei fluorhaltige Polymerarten zu einem flexiblen und ferroelektrischen Werkstoff, der auf einen Stromfluss reagiert. Im Labor kühlten sich wenige Millionstel Meter dünne Filme aus diesem Polarpolymer ab, sobald die Forscher eine Spannung von 80 bis 120 Volt angelegt hatten.

Verantwortlich für diesen elektrokalorischen Effekt ist die innere Struktur des Kunststoffs. Ohne Stromfluss liegen die Molekülketten ungeordnet vor. Sobald aber eine Spannung anliegt, richten sich die Polymere gleichmäßig aus, geben dabei Wärme ab und erkalten. Wird der Strom abgeschaltet, läuft der Prozess rückwärts und der Kunststoff wärmt sich wieder auf. In Kombination mit einem Wärmetauscher könnte dieses Prinzip zum Betrieb von Kühlschränken und Klimaanlagen genutzt werden.

Anwendungsreif ist die Entwicklung allerdings noch nicht. Dazu müsste der Arbeitsbereich von derzeit etwa 70 Grad Celsius weiter gesenkt werden. Dies könnte mit einer geschickten Auswahl ähnlicher Polymere erreicht werden, meinen die Forscher. Da der kühlende Kunststoff auch in dünnen, flexiblen Schichten produziert werden könne, wäre auch ein Einsatz in Schutzanzügen beispielsweise für Feuerwehrmänner, in funktioneller Sportkleidung oder aktiv kühlenden Verpackungen denkbar.