13.11.2023

Kühlen mit Festkörpern

Neuer Versuchsaufbau zur exakten Messung des elektrokalorischen Effekts.

Beim kalorischen Effekt reagieren manche festen Materialien mit einer Temperaturveränderung, wenn man sie in ein elektrisches Feld oder Magnetfeld einbringt. Für die besonders schnelle Messung des Effekts hat nun die Arbeitsgruppe Spektroskopie der kondensierten Materie an der Ruhr Universität Bochum einen neuen Versuchsaufbau entwickelt. 


Abb.: Mit einem speziellen Infrarot-Detektor messen die Forschenden...
Abb.: Mit einem speziellen Infrarot-Detektor messen die Forschenden Temperaturveränderungen von Feststoffen. Der Detektor muss mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden.
Quelle: D. Gorczany

Die Forschenden befassen sich vor allem mit dem elektro­kalorischen Effekt, also den Temperatur­veränderungen, die Festkörper durch elektrische Felder erfahren. „Wir können Veränderungen von einem tausendstel Grad in einer tausendstel Sekunde detektieren – so schnell kann das sonst niemand“, sagt Jan Fischer die Besonderheit des Bochumer Ansatzes. Dass die Gruppe sich für diese winzigen Veränderungen interessiert, mag auf den ersten Blick paradox erscheinen. „Eigentlich suchen wir Materialien mit möglichst großen Temperatureffekten“, gibt Daniel Hägele zu. „Aber manchmal muss man klein anfangen.“ 

Die kleinen Veränderungen auf der Zeitskala verraten den Forschern viel über die grundlegenden Prozesse, die zu den Temperatur­veränderungen in den Feststoffen führen. Hinzu kommt, dass Materialien, die schnell ihre Temperatur ändern können, für die Anwendung besonders interessant wären. „In einem kalorischen Kühlprozess wird die Wärme päckchenweise abtrans­portiert“, erklärt Jörg Rudolph. „Für die Effizienz ist es von Vorteil, wenn man die Wärmepäckchen schnell hintereinander wegschaffen kann.“

Die Kühlung basierend auf dem kalorischen Effekt ist dabei ein mehr­stufiger Prozess. Denn in der Regel schafft ein Material auf einen Schlag nur eine Abkühlung von drei bis vier, maximal sechs Grad Celsius. Ein Kühlsystem könnte aber aus mehreren Kammern bestehen, an deren Übergängen jeweils eine Abkühlung um einige Grad erfolgt, sodass insgesamt eine ausreichend große Kühlung erzielt würde. Anders als bei herkömmlichen Kühlschränken würde die Kälte dann nicht mehr mithilfe eines Gases oder einer Flüssigkeit erzeugt, sondern mit einem festen Material. „Einen Festkörper zu verwenden ist von Vorteil, weil darin mehr Atome pro Kubikzentimeter vorliegen“, erklärt Hägele. „Damit ließen sich kompaktere Kühlgeräte bauen.“ Und potenziell auch effizientere.

RUB / JOL

Virtuelle Jobbörse

Virtuelle Jobbörse
Eine Kooperation von Wiley-VCH und der DPG

Virtuelle Jobbörse

Innovative Unternehmen präsentieren hier Karriere- und Beschäftigungsmöglichkeiten in ihren Berufsfeldern.

Die Teilnahme ist kostenfrei – erforderlich ist lediglich eine kurze Vorab-Registrierung.

Weiterbildung

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie
TUM INSTITUTE FOR LIFELONG LEARNING

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie

Vom eintägigen Überblickskurs bis hin zum Deep Dive in die Technologie: für Fach- & Führungskräfte unterschiedlichster Branchen.

Meist gelesen

Themen