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Perlmutt-inspirierte Beschichtung kühlt und schützt Aluminium
Ein chinesisches Forschungsteam hat eine perlmutt-inspirierte Verbundbeschichtung entwickelt, die passive Strahlungskühlung mit Korrosionsschutz für Aluminiumlegierungen in maritimen Umgebungen kombiniert. Die Beschichtung erreicht eine Temperaturreduktion von 12,7 °C unter Freiluftbedingungen und hält ihre Impedanz auch nach 60 Tagen in 3,5%iger NaCl-Lösung um vier Grössenordnungen höher als konventionelle FEVE-Beschichtungen
Aluminiumlegierungen, die im maritimen Ingenieurbau eingesetzt werden, sind einer doppelten Bedrohung ausgesetzt: der durch Sonneneinstrahlung induzierten thermischen Belastung und der Korrosion durch chloridreiche maritime Atmosphären. Zur Adressierung dieser Herausforderungen entwickelte das Forschungsteam eine perlmutt-inspirierte Verbundbeschichtung, die passive Strahlungskühlung mit überlegener Korrosionsschutzleistung integriert. Die Beschichtung besteht aus zwei Hauptkomponenten: einer unteren Emissionsschicht und einer oberen Reflexionsschicht.
Die Emissionsschicht wurde über Schicht-für-Schicht-Assemblierung (Layer-by-Layer, LbL) aus kationischem Chitosan mit dispergierten Bornitrid-Nanoblättchen (BN@CS) und anionischem Poly(natrium-4-styrolsulfonat) (PSS) aufgebaut. Diese Konstruktion imitiert die Struktur von Perlmutt und erzeugt einen ausgedehnten gewundenen Weg für korrosive Medien – ein bewährtes bioinspiriertes Designprinzip zur Verlängerung der Barrierewirkung. Die obere Reflexionsschicht besteht aus TiO₂-Nanopartikeln, die in einem Fluorpolymer-Harz (FEVE) dispergiert sind.
Ausgezeichnete Korrosionsschutzleistung
Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) bestätigt die überlegene Barrierewirkung der optimierten Beschichtung C-40: Sie behält ein niedrigfrequentes Impedanzmodul von 4,66 × 10¹⁰ Ω·cm² auch nach 60-tägiger Einlagerung in einer 3,5%igen NaCl-Lösung. Damit liegt der Wert um vier bis fünf Grössenordnungen über dem einer konventionellen FEVE-Beschichtung – ein deutlicher Nachweis der überlegenen Langzeitperformance.
Die perlmuttartige Struktur der Emissionsschicht ist der Schlüssel zu dieser aussergewöhnlichen Korrosionsschutzleistung. Die geordnete Anordnung der Bornitrid-Nanoblättchen in der Chitosan-Matrix erzeugt eine physische Barriere, die den Transport von Wasser, Sauerstoff und aggressiven Chloridionen erheblich verlangsamt.
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Effiziente Strahlungskühlung durch synergistisches Design
Parallel zur Korrosionsschutzwirkung sorgt die Beschichtung für eine effiziente passive Strahlungskühlung. Der hohe Brechungsindex des TiO₂ gewährleistet eine effiziente Streuung des Sonnenlichts im Bereich von 0,3 bis 2,5 µm, während die Bornitrid-Nanoblättchen eine hohe und selektive thermische Emissivität von rund 88 % im atmosphärischen Transparenzfenster (8 bis 13 µm) bieten. Diese synergistische Konstruktion ermöglicht einen bemerkenswerten Strahlungskühlungseffekt und erzielt eine Temperaturreduktion von 12,7 °C unter Freiluftbedingungen.
Der Ansatz adressiert damit ein zentrales Bedürfnis im maritimen Ingenieurbau: den gleichzeitigen Schutz vor Korrosion und thermischer Überlastung. Die Kombination aus bioinspirierter Struktur, funktionalen Nanopartikeln und fluorpolymerbasierter Reflexionsschicht bietet eine praxisrelevante Lösung für Aluminiumkomponenten in rauen Küstenumgebungen. Für Anwendungsbereiche wie Offshore-Anlagen, Schiffbau, Hafeninfrastruktur und andere maritime Ingenieuranwendungen liefert die Verbundbeschichtung einen vielversprechenden Weg zur Verlängerung der Lebensdauer und zur Reduzierung der Kühlanforderungen. Insbesondere im Kontext wachsender Anforderungen an Energieeffizienz und Nachhaltigkeit im Bauwesen und in der Industrie gewinnt die Kombination aus Strahlungskühlung und Korrosionsschutz zunehmend an Bedeutung.
Quelle: Wang, Y. et al. A nacre-like polyelectrolyte coating for simultaneous radiative cooling and corrosion protection. Prog. Org. Coat. (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110302
