CNtherm - Entwicklung und Vermarktung von Kühllösungen auf der Basis von Kohlenstoffnanoröhren - Berlin

Das ForMaT-Vorhaben

CNtherm ist ein interdisziplinäres Projekt der Freien Universität Berlin mit dem Ziel, die überragende Wärmeleitfähigkeit von Kohlenstoffnanoröhren zur Entwicklung innovativer Kühllösungen zu nutzen.

Jeder Prozess erzeugt Wärme: Die Speicherung und Verarbeitung von Informationen, die Bewegung von Lebewesen oder Maschinen, die Bearbeitung von Materialien, der Transport von Masse, die Leitung und Steuerung von elektrischem Strom sind mit Wärmeproduktion verbunden. Meistens wird die Wärme direkt an die Umgebung abgegeben, was die einfachste Art der Kühlung ist. Zu einer Herausforderung wird Kühlung bei großen absoluten Leistungen wie in Kraftwerken und extrem hohen Leistungsdichten, wie sie für Mikro-prozessoren in Computern und technischen Anlagen typisch sind. In diesem InnoLab werden Kühllösungen für extreme Leistungsdichten auf der Basis von Kohlenstoffnanoröhren entwickelt. Das Ziel sind hohe Wärmeleitfähigkeiten, wobei der Preis und das Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen unterboten werden.

Die Ziele

  • Entwicklung von marktfähigen Prototypen, Sicherung von Schutzrechten aus F&E
  • Ausbau der wirtschaftlichen und wissenschaftlichen Kooperationen zur Stärkung der unternehmerischen Leistungsfähigkeit
  • Ausarbeitung eines Businessplans zur Vorbereitung der Gründung eines Universitäts-Spin-offs im Anschluss an die zweite Phase der ForMaT-Förderung

Die thematischen Schwerpunkte

Drei interdisziplinäre Forschungsgruppen werden in Kompositmaterialien Nanoröhren mit Polymeren, Metallen und Ölen kombinieren und marktfähige Prototypen herstellen. Die Entwicklung wird durch die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen aus den Bereichen Physik, Chemie und Ingenieurwissenschaften durchgeführt. Das InnoLab konzentriert sich auf drei Werkstoffe für Kühllösungen:

  • Nanoröhren-Polymer-Komposite: Die Kombination von Nanoröhren und Polymeren ermöglicht Kühlkörper mit bis zu 500 W/mK thermischer Leitfähigkeit. Der genaue Wert kann je nach Anwendungsgebiet gewählt werden, wobei kleinere Ansprüche an die Leitfähigkeit geringere Preise ermöglichen. Die Kühlkörper werden leicht und flexibel in der Formgebung sein. Nanoröhren-Polymer-Komposite sollen Metalle als Grundmaterial für Kühlkörper ersetzen und im Preis-Leistungs-Verhältnis übertreffen.
  • Nanoröhren-Metall-Komposite: Diese High-End-Wärmeleiter (>700 W/mK) sind insbesondere für den Einsatz bei extremen Leistungsdichten vorgesehen. Durch ihre hohe Hitzebeständigkeit können sie auf Bauelemente aufgelötet werden. Bei der Kombination von Nanoröhren und Metallen kann neben der Wärmeleitfähigkeit auch die thermische Ausdehnung angepasst werden. Dies ist bei der direkten Verbindung zwischen Bauelement und Kühlkörper entscheidend, da es sonst unter Betrieb zu thermischen Verspannungen kommt, was im extremen Fall das Bauelement zerstört.
  • Nanoröhren-Füllstoffe: Füllstoffe und Wärmeleitpasten ermöglichen den Wärmefluss zwischen zwei Oberflächen. Mit den Nanoröhren-basierten Füllstoffen wird ein gravierend verbesserter Fluss erreicht. Im Gegensatz zu anderen Ansätzen ist diese Lösung kompatibel mit Aluminiumkühlkörpern und frei von Silikon, zwei entscheidende Kriterien für den großindustriellen Einsatz.

Die Partner

An der Umsetzung des Projekts sind "profund - die Gründungsförderung der Freien Universität Berlin" und verschiedene Industrieunternehmen beteiligt.

Kontakt

Frau Prof. Dr. Stephanie Reich
Freie Universität Berlin
Fachbereich Physik
Arnimallee 14
14195 Berlin
E-Mail: reich[at]physik.fu-berlin.de
Tel.: 030-838-56162