Neues Material dehnt sich bei Wärme nicht aus

Vorlesen

Die meisten festen Stoffe dehnen sich bei Wärme aus. Doch amerikanische Forscher haben jetzt nachgewiesen, dass das Volumen eines aus Ytterbium (Yb), Gallium (Ga) und Germanium (Ge) bestehenden metallischen Materials im Temperaturbereich zwischen minus 170 und plus 130 Grad Celsius nahezu unverändert bleibt. Ihre Ergebnisse stellen Mercouri Kanatzidis und seine Kollegen von der Michigan State University im Fachmagazin Nature (Bd. 425, S. 702) vor.

In der Raumfahrt sind Materialien, die sich über einen großen Temperaturbereich hinweg nicht oder kaum ausdehnen, unverzichtbar. Zwischen der der Sonne zugewandten Seite einer Raumsonde und der ihr abgewandten Seite herrschen beträchtliche Temperaturunterschiede. Eine einseitige Ausdehnung des Materials könnte die Sonde zerstören.

Nach der Eisen-Nickel-Legierung Invar ist die YbGaGe-Verbindung der zweite metallische Stoff, der diese Wärmeresistenz aufweist. Gegenüber einigen Oxiden, die diese Eigenschaft ebenfalls besitzen, haben die metallischen Stoffe den Vorteil, dass sie darüber hinaus sowohl gute elektrische Leiter als auch gute Wärmeleiter sind, was für manche Anwendungen erwünscht ist.

In der YbGaGe-Verbindung wird die auch hier vorhandene normale Wärmeausdehnung zwischen den Atomen durch ein Schrumpfen des Ytterbium-Atoms exakt aufgehoben. Dies kommt durch eine Überlappung der Elektronenorbitale ? genauer: der Elektronenbänder ? von Ytterbium und Gallium zustande. Durch eine Verschiebung der Elektronendichte von Ytterbium nach Gallium schrumpft das Ytterbium-Atom. Gleichzeitig bleibt aber die Größe des Gallium-Atoms unverändert.

Axel Tillemans

Zurück zur Startseite