Materialkunde: Tarnen mit Wärme

Eine neuartige Folie kann Infrarotkameras austricksen. Das hauchdünne, schwarze Material kann sich innerhalb von wenigen Sekunden an die Umgebungstemperatur anpassen und wird so für Wärmebildkameras unsichtbar.

Der Antidrohnen-Hoodie des Berliner Künstlers Adam Harvey ist ein modisches Statement gegen zunehmende Überwachung - und eine sehr einfache Form der Wärmetarnung. Der Kapuzenumhang aus silberbeschichtetem Stoff macht seinen Träger für Infrarotaufnahmen von oben praktisch unsichtbar, indem er die Körperwärme isoliert wie Alufolie einen Döner. Technologisch ausgefeilter, dafür ohne Fashion-Qualitäten, funktioniert ein System, das Wissenschaftler um Coskun Kocabas von der Universität Manchester in Großbritannien im Fachblatt Nano Letters vorstellen. Die hauchdünne, schwarze Folie passt sich in nur wenigen Sekunden immer wieder der Umgebungstemperatur an, kann kalte Dinge warm oder warme Dinge kalt erscheinen lassen.

"Unser System arbeitet bei Temperaturen zwischen 25 und 38 Grad Celsius und wird über das Anlegen einer elektrischen Spannung gesteuert", sagt Kocabas. Bis zu 500 Mal könne es sich auf neue Temperaturen einstellen. Dann lässt die Performance nach. Künftig könnte es nicht nur zur Wärmetarnung, sondern auch für das Wärmemanagement von Gebäuden, für bestimmte Analysemethoden oder für Hitzeschilde von Satelliten genutzt werden. Verschiedene Unternehmen hätten schon Interesse bekundet, sagt der Forscher. Bisherige Systeme funktionieren oft nur bei hohen Temperaturen, enthalten teure Edelmetalle oder reagieren nur langsam auf Veränderungen. Dazu zählen etwa sogenannte elektrochrome Materialien, die Fenster bei Sonnenlicht verdunkeln können, und Phasenwechselmaterialien, die unter anderem in aufladbaren Handwärmekissen stecken.

Cokabas Erfindung ist hingegen eine Art Sandwich aus einer transparenten Kunststoffmembran, belegt mit etwa 100 Schichten aus Graphen, einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoffvariante. In den Membranporen steckt ein Salz, das bei Raumtemperatur flüssig ist und wie alle Salze aus elektrischen geladenen Teilchen besteht. Legen die Forscher eine elektrische Spannung an das Sandwich, wandern diese Teilchen aus der Membran in die Graphenlagen, wodurch sich die abgestrahlte beziehungsweise reflektierte Wärmemenge ändert. Zudem haben sie einen Sensor angeschlossen, der die Wärmestrahlung der Umgebung misst. Ein Algorithmus berechnet die passende Spannung für das Graphen-Kunststoff-Sandwich. Farbige Wärmebilder einer streichholzschachtelkleinen Folie zeigen, dass die Fläche genauso blau erscheint wie die kältere Umgebung, wenn drei Volt anliegen.

Per Wärme-Camouflage sieht ein Panzer auf Kameras plötzlich aus wie eine Kuh oder ein Felsen

Eine andere Erfolgsmeldung kommt aus den USA. An der University of California arbeitet Alon Gorodetsky an Tarnmembranen nach Tintenfischart. Wie die Haut dieser Kopffüßer, die sich praktisch jedem Hintergrund farblich anpassen kann, enthalten seine Membranen Strahlung schluckende sowie reflektierende Bereiche und stellen die Tarnwirkung über eine passgenaue Dehnung beziehungsweise Stauchung her. "Wir haben das Prinzip aus dem sichtbaren in den Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums übersetzt", sagt Gorodetsky, der im März in Science von ersten erfolgreichen Tests berichtete.

Wärme-Camouflage ist auch beim Militär gefragt. Der britische Rüstungskonzern BAE Systems wirbt für Systeme aus herdplattengroßen, massiven Sechsecken, die auf Umgebungstemperatur erwärmt oder gekühlt und wie Bildpixel einzeln angesteuert werden können. Man könne damit einen Panzer auf Wärmebildern nicht nur unsichtbar machen, heißt es auf der Internetseite, sondern ihn auch als Kuh, Busch oder Felsen erscheinen lassen. Losfahren sollte er dann aber vermutlich besser nicht.