Iowa State University Spinnweben sollen Elektronik kühlen

Auf der Suche nach wärmeleitfähigen organischen Stoffen ist der Forscher Xinwei Wang von der Iowa State University auf ein äußerst vielversprechendes Material gestoßen: Spinnweben.

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Die meisten organischen Substanzen haben ein ziemlich schlechte Wärmeleitfähigkeit. Menschliche Haut zum Beispiel nur 0,6 Watt pro Meter und Kelvin. Zum Vergleich: Kupfer, das vielfach zur Kühlung etwa von elektronischen Bauteilen verwendet wird, kommt auf 401 Watt pro Meter und Kelvin.

Dennoch wurde schon lange vermutet, dass es auch gut wärmeleitende organische Substanzen geben müsse. Und Professor Xinwei Wang von der Iowa State University ist fündig geworden.

Bei der Untersuchung der Fäden, aus denen die Spinnenart Nephila clavipes ihre Netze webt, sind ihm die außergewöhnlichen Eigenschaften dieses Materials aufgefallen. Denn die Spinnweben kommen auf eine Wärmeleitfähigkeit von 416 Watt pro Meter und Kelvin. Dieser Wert wird nur noch von wenigen Stoffen übertroffen, zum Beispiel Silber und Diamant.

Darüber hinaus haben die Spinnenfäden noch andere außergewöhnliche Materialeigenschaften. So sind sie mit lediglich 4 Micron Durchmesser viel dünner als etwa ein menschliches Haar (ca. 60 Micron). Gleichzeitig sind die Fäden, insbesonders jene, die das Spinnennetz etwa an Ästen verankern - sehr fest und gleichzeitig dehnbar.

Tatsächlich entdeckten die Forscher, dass durch eine Dehnung der Fäden um bis zu 20 Prozent auch die Wärmeleitfähigkeit in entsprechender Größenordnung zunimmt. Bei den meisten Materialien verhält sich der Effekt genau umgedreht.

Als Ursache für die enorme Wärmeleitfähigkeit von Spinnweben vermuten die Forscher die molekulare Struktur des Fäden, bestehend aus Proteinen, die Nanokristalle enthalten, sowie einer Sprungfeder-artigen Struktur, die diese Proteine verbindet.

Ihr Ergebnisse haben die Forscher in dem Artikel "New Secrets of Spider Silk: Exceptionally High Thermal Conductivity and its Abnormal Change under Stretching" veröffentlicht.

Laut Professor Xinwei Wang könnte das Material eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich des Wärmemanagements haben: Von sehr leichten und flexiblen Kühlkörpern für elektronische Systeme bis hin zu spezieller Kleidung für heiße Umgebungen.

Allerdings sei noch viel Forschung erfoderlich, um die Eigenschaften des Materials zu verstehen. Und auch die Verarbeitung sei bislang nicht gerade einfach: "Das erfordert viel Zeit und Geduld..."

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