Die Umwandlung von Licht in Wärme hat vielfältige Anwendungen, wie z.B. solare Wärmeerzeugung, Katalyse und Entsalzung. 3D-Aerogele, die aus Kohlenstoffnanomaterialien hergestellt werden, zeigen vielversprechende Eigenschaften als photothermische Konverter. Aktuelle Materialien haben jedoch Einschränkungen, da die Lichtabsorption hauptsächlich an der Oberfläche erfolgt. Dadurch wird Wärme nur in diesem begrenzten Bereich erzeugt, während der Großteil des Aerogelvolumens ungenutzt bleibt. Unsere Forschung präsentiert ein neues Herstellungsverfahren für durchlässige Materialien, die eine erhebliche Verbesserung der photothermischen Reaktionsgeschwindigkeit um das 2,5-fache im Vergleich zu herkömmlichen Materialien ermöglichen.
Das neu entwickelte Material weist eine Gerüststruktur mit einer effizienten Lichtstreuung auf. Es setzt sich aus mikroskopischen Hohlröhren aus Siliziumdioxid zusammen, die miteinander verbunden sind und mit Graphenoxid-Nanoblättern funktionalisiert wurden. Diese Nanoblätter agieren als photothermische Wirkstoffe. Die Verwendung von Graphenoxid ist äußerst sparsam, mit Mengen im Bereich von wenigen Mikrogramm pro Kubikzentimeter. Durch die Kontrolle der Menge an Graphenoxid in der Gerüststruktur lässt sich die Lichtabsorption, -aufnahme und -menge für volumetrische photothermische Reaktionen gezielt steuern.
Ein weiterer Vorteil dieses Materials besteht darin, dass es durch eine wiederholbare Gasaktivierung einfach und schnell aktiviert werden kann. Dadurch erweitern sich die Anwendungsmöglichkeiten photothermischer Technologien, wie beispielsweise lichtbetriebene mikrofluidische Pumpen, deutlich.
- Quelle: Hybrid aeromaterials for enhanced and rapid volumetric photothermal response - Lena M. Saure, Niklas Kohlmann, Haoyi Qiu, Shwetha Shetty, Ali Shaygan Nia, Narayanan Ravishankar, Xinliang Feng, Alexander Szameit, Lorenz Kienle, Rainer Adelung & Fabian Schütt https://arxiv.org/abs/2303.14014
- Übersicht der gemeinsamen Arbeiten zum Thema Networked Matter