Ein dichter, starrer Werkstoff kann Wärme fast so schlecht leiten wie ruhende Luft. Das zeigt ein Forschungsteam in einer am 18. September 2026 veröffentlichten Studie in Science Advances. Untersucht wurden hauchdünne Schichten bei Raumtemperatur. Der Befund ist für die Entwicklung isolierender Beschichtungen interessant; ein fertiges Produkt wurde damit noch nicht vorgestellt.
Die ungewöhnliche Kombination liegt darin, dass gute Wärmeisolatoren häufig weich oder porös sind. Schäume etwa nutzen eingeschlossene Luft, geben unter Belastung aber leicht nach. Viele steife Festkörper leiten Wärme dagegen gut. Die neue Untersuchung zeigt einen Weg, diese Verbindung zwischen mechanischer Steifigkeit und Wärmeleitung gezielt zu verändern.
Gemessen wurde durch die dünne Schicht
Das Team stellte einen sogenannten hybriden Perowskit her: einen Werkstoff aus abwechselnden organischen und anorganischen Lagen. Die untersuchte Variante enthält Azobenzol-Ethylammonium und Bleiiodid. Sie wurde aus einer Lösung auf eine Siliziumunterlage aufgeschleudert und anschließend wärmebehandelt.
Für einen etwa 150 Nanometer dünnen Film ermittelten die Forschenden bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit von 0,043 ± 0,011 Watt pro Meter und Kelvin. Je kleiner dieser Wert ist, desto schlechter transportiert das Material Wärme. Zum Vergleich nennt die Studie für ruhende Luft etwa 0,026 in derselben Einheit. Der Film ist also kein besserer Isolator als Luft; bemerkenswert ist sein niedriger Wert als dichter Festkörper.
Die Messung erfasste den Wärmefluss durch die Dicke des Films. Dafür erhitzte ein kurzer Laserpuls die Oberfläche, während ein zweiter Strahl ihre Temperaturantwort verfolgte. Der Wert gilt somit für diese Richtung und Versuchsbedingungen. Auch die Schichtdicke spielte eine Rolle: Rund 150 Nanometer lieferten in der untersuchten Reihe die niedrigsten Werte.
Gleichzeitig maß das Team einen Elastizitätsmodul von rund 7,7 Gigapascal. Diese Größe beschreibt den Widerstand gegen elastische Verformung. Sie liegt laut Studie über dem Bereich vieler Kunststoffe. Das bedeutet jedoch nicht automatisch, dass der Film besonders bruchfest oder im Alltag dauerhaft belastbar ist.
Kleine Unordnung bremst den Wärmetransport
Die Forschenden veränderten vor allem die organischen Bausteine zwischen den anorganischen Lagen. Zwei miteinander verbundene ringförmige Molekülgruppen erhöhen deren Steifigkeit. Zugleich können sich benachbarte Lagen etwas gegeneinander versetzen und die Ringe gegeneinander verdrehen. Nach der Erklärung des Teams erschwert diese Unordnung die Weitergabe von Wärme zwischen den Bausteinen.
Messungen und ein vereinfachtes Modell stützen diesen Zusammenhang. Die Autoren betonen aber auch, dass sich die Wirkung unterschiedlicher Moleküle noch nicht vollständig im Voraus berechnen lässt. Schon kleine chemische Änderungen beeinflussen, wie sich die Bausteine anordnen und bewegen.
Der Ansatz baut auf früheren Arbeiten von 2024 auf. Damals hatte das Team bereits gezeigt, dass sich Steifigkeit und Wärmeleitung in verwandten Schichtmaterialien ungewöhnlich kombinieren lassen. Neu sind die gezielt veränderten Bausteine und die jetzt gemessene besonders niedrige Wärmeleitfähigkeit.
Die Universität sieht mögliche Anwendungen in Beschichtungen. Für die Einordnung zählt jedoch der Stand des Versuchs: Die Wärmemessungen erfolgten unter Argon, die mechanischen Tests in sehr trockener Luft. Die Studie beschreibt die Materialien besonders für Wärmeisolierung nahe Raumtemperatur. Ob daraus langlebige und wirtschaftliche Beschichtungen werden, müssen weitere Untersuchungen zeigen.
Titelbild: KI-generiertes Symbolbild für eine dünne, wärmeisolierende Materialschicht; keine Originalaufnahme des Experiments.
Quellen
- Wang et al.: Extremely low thermal conductivity in rigid layered hybrid perovskites, Science Advances, 18.09.2026.
- NC State University: New Material Is an Extreme Thermal Insulator, 18.09.2026.
- NC State University: Researchers Create Materials With Unique Combo of Stiffness, Thermal Insulation, 29.05.2024.
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