Ein Kunststoff, der auch in Rettungsdecken steckt, könnte künftig Mondstationen vor extremen Temperaturen schützen. Forschende haben Hunderte dünne Folien gestapelt und einen Dämmstoff entwickelt, der selbst hohen Druckbelastungen standhält. Eine überraschende Rolle spielen dabei winzige Partikel, die normalerweise nur das Verkleben der Folien verhindern sollen.
Eine Rettungsdecke wiegt kaum etwas und schützt trotzdem vor Wärmeverlusten. Könnte ein ähnliches Material auch eine Mondstation isolieren? Forschende der University of Pennsylvania haben untersucht, wie sich der Kunststoff Mylar dafür nutzen lässt. Ihr Ansatz: Hunderte hauchdünne Folien werden übereinandergeschichtet und teilweise mit Aluminiumoxid beschichtet. Das Ergebnis ist ein flexibler Dämmstoff, der im Vakuum nur wenig Wärme durchlässt und hohe mechanische Belastungen übersteht. Gerade diese Kombination macht ihn für die Raumfahrt interessant.
Auf dem Mond können die Temperaturen zwischen sonnenbeschienenen Flächen und dauerhaft verschatteten Regionen um mehrere Hundert Grad auseinanderliegen. Welche Anforderungen sich daraus für technische Systeme ergeben, zeigt auch die Entwicklung eines extrem temperaturbeständigen Akkus für einen Mondrover. Bei einer bewohnten Mondstation kommt ein weiteres Problem hinzu: Während draußen praktisch Vakuum herrscht, muss im Inneren ein ausreichender Luftdruck vorhanden sein. Je nach Wandkonstruktion kann dadurch auch die Dämmung auf Druck beansprucht werden.
Hunderte Kunststofffolien auf einem Millimeter
Mylar ist ein Handelsname für biaxial orientiertes Polyethylenterephthalat, kurz BoPET. Das Material wird seit Langem in der Raumfahrt eingesetzt. Mit Aluminium beschichtete Varianten finden sich auch in den silbrig glänzenden Rettungsdecken, die Wärmestrahlung reflektieren.
Für ihre Versuche verwendeten die Forschenden Folien mit einer Dicke von 2,5 µm, 5 µm und 12,5 µm. Einige davon erhielten eine hauchdünne Beschichtung aus Aluminiumoxid. Anders als die metallische Aluminiumschicht einer Rettungsdecke soll sie vor allem die Steifigkeit der Folien erhöhen.
Aufgebracht wurde sie mithilfe der Atomlagenabscheidung, auch Atomic Layer Deposition (ALD) genannt. Mit diesem Verfahren lassen sich besonders dünne und gleichmäßige Beschichtungen erzeugen. Anschließend stapelte das Team die Folien übereinander. Je nach Ausführung enthielt ein Millimeter des Materials rechnerisch zwischen 80 und 400 Schichten. Die Forschenden bezeichnen diese Konstruktion als Hybrid Layered Insulating Film Stacks (HyLIFS).
Die Herstellung erfolgte vollständig von Hand. Wie aufwendig das war, beschreibt Erstautorin Danielle R. Levin in einer Mitteilung der University of Pennsylvania:
„Derzeit ist der Vorgang sehr zeitaufwendig. Wir verwenden zwei Pinzetten und kleine Gewichte, um die empfindlichen Folien zu handhaben und zu stapeln. Schon ein Atemzug in der Nähe des Stapels kann die Schichten in die Luft wirbeln.“
Die empfindlichen Folien mussten also mit Pinzetten und kleinen Gewichten in Position gehalten werden. Schon der Luftzug beim Atmen konnte sie durcheinanderbringen.
20 MPa Druckspannung – und die Folien halten stand
Im Vakuum erreichten die besten Folienstapel eine Wärmeleitfähigkeit von nur 2,2 mW/(m·K). Gemessen wurde dieser Wert bei einer Druckspannung von 0,1 MPa und Temperaturen zwischen 35 und 120 °C.
Zur Einordnung: Herkömmliche Mineralwolle kommt meist auf etwa 32 bis 40 mW/(m·K). Allerdings sind die Werte nicht direkt vergleichbar, da der neue Folienstapel im Vakuum untersucht wurde. Unter diesen Bedingungen lassen sich besonders niedrige Wärmeleitfähigkeiten erreichen.
Die Dämmwirkung bewegt sich damit in der Größenordnung leistungsfähiger Vakuumdämmstoffe. Auch Aerogele gehören zu den besonders gut isolierenden Materialien. Ihre poröse Struktur kann sie jedoch anfällig für mechanische Beschädigungen machen.
Die Folienstapel erwiesen sich in dieser Hinsicht als widerstandsfähiger. In separaten mechanischen Versuchen hielten beschichtete Proben Druckspannungen von mehr als 20 MPa aus. Das Team belastete die Folienstapel außerdem zehnmal hintereinander mit ungefähr 20 MPa.
„Wir hatten Bedenken, dass das Material unter solch hoher Druckspannung versagen könnte“, berichtet Levin in der Pressemitteilung. „Aber die Stapel haben nicht nur einen einzigen Hochspannungszyklus überstanden – sie haben sogar zehn hintereinander überstanden.“
Die Proben überstanden damit auch wiederholte starke Kompression. Innerhalb des untersuchten Bereichs stellten die Forschenden keine wesentliche Verschlechterung der Materialeigenschaften fest. Wichtig ist allerdings die Unterscheidung zwischen den Messungen: Die niedrigste Wärmeleitfähigkeit von 2,2 mW/(m·K) wurde nicht bei der maximalen Druckbelastung von mehr als 20 MPa ermittelt.
Winzige Partikel beeinflussen die Dämmwirkung
Ausgerechnet ein unscheinbarer Bestandteil handelsüblicher Mylar-Folien erwies sich als besonders wichtig: sogenannte Antiblocking-Partikel. Die kleinen Partikel werden dem Kunststoff bereits bei der Herstellung zugesetzt. Sie ragen geringfügig aus seiner Oberfläche heraus und verhindern, dass dünne Folien aneinanderhaften.
Beim Stapeln der Folien entstehen dadurch winzige Kontaktstellen. Über diese kann Wärme von einer Schicht zur nächsten gelangen. Im Vakuum fällt die Wärmeleitung durch ein Gas weitgehend weg. Wärme kann aber weiterhin durch Strahlung oder über direkte Materialkontakte übertragen werden. Welche Rolle die Partikel dabei spielen, untersuchten die Forschenden mithilfe von Modellen und experimentellen Messungen.
Ihre Berechnungen deuten darauf hin, dass der Wärmetransport zwischen den Folien überwiegend über die Kontaktstellen der Antiblocking-Partikel erfolgt. Besonders bei höheren Druckspannungen stimmten die Modelle gut mit den Messungen überein.
Damit lässt sich auch erklären, weshalb die dünnsten Folien nicht automatisch die besten Dämmwerte lieferten. Eigentlich sollten mehr Schichten auf gleichem Raum die Wärmeübertragung stärker behindern. Doch mit der Zahl der Folien können auch zusätzliche Kontaktstellen entstehen, über die Wärme weitergeleitet wird.
Die Dicke der Folien allein entscheidet also nicht über die Dämmwirkung. Ebenso wichtig sind ihre Steifigkeit und die Verteilung der Partikel. „Wenn man die Schichten verdichtet, verändert sich die Kontaktlandschaft“, erklärt Levin in der Mitteilung der Universität. Mit zunehmender Kompression verändert sich somit, an welchen Stellen sich die Folien berühren.
Für die weitere Entwicklung könnte genau das entscheidend sein. Werden Größe, Anzahl und Verteilung der Partikel gezielt angepasst, lässt sich möglicherweise auch die Wärmeleitung durch die Folienstapel weiter verringern.
Bislang sind die Proben nur 1 cm² groß
Noch ist die neue Dämmung ein Labormaterial. Die untersuchten Proben haben eine Fläche von ungefähr 1 cm². Für die Isolierung einer Mondstation wären dagegen großflächige Folien erforderlich. Die Forschenden halten industrielle Verfahren für denkbar, bei denen große Folienbahnen kontinuierlich beschichtet und anschließend verarbeitet werden. Erprobt wurde eine solche Fertigung für HyLIFS bislang nicht.
Ebenso fehlen Langzeittests mit größeren Bauteilen. Wie gut die Folienstapel häufiges Biegen, Abrieb und mechanische Beschädigungen überstehen, ist noch offen. Die bisherigen thermischen Versuche decken außerdem nicht die extremen Temperaturbereiche einer realen Mondumgebung ab. Trotzdem könnte das Material für verschiedene Raumfahrtanwendungen interessant werden, etwa für Mondstationen, Rover, Raumanzüge oder empfindliche elektronische Systeme.
Die Entwicklung gehört zu einer Reihe von Forschungsarbeiten, die Materialien für eine dauerhafte Infrastruktur auf dem Mond untersuchen. So wurde beispielsweise bereits ein möglicher Baustoff aus simuliertem Mondregolith an der ISS getestet.
Während dort die Widerstandsfähigkeit gegenüber Weltraumbedingungen im Mittelpunkt stand, konzentriert sich das Team aus Pennsylvania auf die Wärmedämmung unter mechanischer Belastung. Die Laborversuche zeigen, dass sich beide Eigenschaften mit einem vergleichsweise einfachen Folienaufbau verbinden lassen. Ob das auch bei meterlangen Folienstapeln gelingt, muss die weitere Forschung zeigen.
Quellen
- Originalstudie: Levin et al.: Robust Layered Thermal Insulator Film Stacks for Vacuum Applications. ACS Applied Materials & Interfaces, online veröffentlicht am 1. September 2026. Grundlage für Messwerte, Methoden und Materialeigenschaften.
- Pressemitteilung der University of Pennsylvania: Everyday Mylar turned into a promising insulator for lunar habitats, 23. Oktober 2026, über Phys.org veröffentlicht. Quelle der unverändert übernommenen englischen Zitate.
- Wissenschaftlicher Datenbankeintrag: PubMed – Studienabstract und bibliografische Angaben. Unabhängig zugängliche Zusammenfassung der zentralen Versuchsergebnisse.
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