Harry Potter lässt grüßen: Tarnkappen und Tarnmäntel gehörten lange ins Reich der Science-Fiction und Fantasy. Doch dank neuartiger Metamaterialien rücken sie nun in den Bereich des Machbaren. Bei solchen Tarnschichten lenken nanostrukturierte Oberflächen und neuartige Materialkombinationen Licht, Infrarotstrahlung oder andere elektromagnetische Wellen ab. Weil die Strahlung nicht reflektiert oder absorbiert wird, bleibt das solcherart getarnte Objekt unsichtbar.
2D-Material und Nanoröhrchen kombiniert
Eine neue Variante der Tarnbeschichtung haben nun Forscher um Minseouk Choi vom Koreanischen Institut für Materialforschung (KIMS) in Seoul entwickelt. Ihr Ziel war es, ein abschirmendes Metamaterial zu entwickeln, das besonders robust , aber dennoch leicht und dünn ist. „Moderne Elektronik- und Verteidigungssysteme benötigen multifunktionale Beschichtungen, die Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen und Infrarot-Tarnung mit mechanischer Robustheit, hoher elektrischer Leitfähigkeit und geringer Infrarot-Emission vereinen“, erklärt das Team.
Dafür kombinierten Choi und sein Team zwei bereits erprobte Materialien zu einem Verbundstoff mit spezieller Struktur. Die erste Komponente sind Kohlenstoffnanoröhrchen. Diese hohlen Miniröhren aus Kohlenstoffatomen haben bereits bewiesen, dass sie elektrisch leitfähig, extrem stabil und dennoch flexibel sind. Allerdings absorbieren sie Infrarotstrahlung und erwärmen sich schnell, zudem ist es aufwändig, diese Röhrchen zu einer einheitlichen Fläche zu verweben.
Die zweite Komponente sind die erst im Jahr 2011 entdeckten MXene. Diese zweidimensionalen Materialien aus Metallen und Kohlenstoff oder Stickstoff können elektromagnetische Strahlung abschirmen und geben kaum Infrarotstrahlung ab. Die ultradünnen MXen-Schichten sind jedoch wenig stabil und reißen schnell.
Advanced Composites and Hybrid Materials — © Choi et al./ Advanced Composites and Hybrid Materials, CC-by 4.0
Nanoröhrchen als „Mauersteine“ und MXen als Mörtel
Um diese Begrenzungen zu überwinden, haben Choi und seine Kollegen nun Kohlenstoffnanoröhrchen und ein MXen miteinander kombiniert. Dafür lagerten sie zuerst Amingruppen (-NH2) an das Kohlenstoffgerüst der Nanoröhrchen an. „Dies fördert starke Wasserstoffbrücken mit den Hydroxylgruppen des MXens“, erklären die Forschenden. Dann zogen sie die Nanoröhrchen durch eine flüssige Lösung eines Titancarbid-Mxens (Ti3C2Tx) und verwoben die dadurch von MXen umhüllten Röhrchen zu einem flächigen Dünnfilm.
Der Clou dabei: in diesem Dünnfilm bilden die beiden Komponenten eine besonders stabile Verbundstruktur ähnlich einem Mauerwerk. „Das MXen fungiert dabei als leitfähiger, haftender Mörtel, der die regelmäßig angeordneten ‚Mauersteine‘ aus Kohlenstoffnanoröhrchen verbindet“, erklärt das Team. Diese Struktur erhält die abschirmenden Eigenschaften des MXens, macht das nur 17,5 Mikrometer dicke Verbundmaterial aber gleichzeitig robust und extrem stabil.
Tarnschicht im Praxistest
Ob dieses Verbundmaterial auch die gewünschten Eigenschaften zeigt, untersuchten Choi und sein Team in mehreren Tests. Dafür klebten sie den Dünnfilm zunächst auf eine Hand, ein warmes Handy und ein Modellflugzeug und ermittelten mittels Wärmebildkamera die Infrarotabstrahlung in kalter, normaler und warmer Umgebung. In allen Fällen schirmte die MXen-Schicht um die Nanoröhrchen die freigesetzte Infrarotstrahlung ab, so dass das „getarnte“ Objekt ähnlich kühl erschien wie die Umgebung.
Im nächsten Test untersuchten die Forschenden, wie gut das neue Material elektromagnetische Strahlung in gängigen Radar- und Telekommunikationsfrequenzen abschirmen kann. Dabei zeigte sich: Die Beschichtung schirmte mehr als 99,99 Prozent der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung ab. Dies entspricht einer Dämpfung von mehr als 90 Dezibel, wie das Team berichtet. Der abschirmende Effekt blieb auch bei hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchte und wiederholter Verformung des Materials erhalten.
Dank der verwobenen Nanoröhrchen erwies sich der Verbundstoff auch als hochgradig stabil: Er zeigte eine Zugfestigkeit von mehr als einem Gigapascal und blieb noch bei einem Druck von bis zu 22 Gigapascal fest. Das sei vergleichbar mit der Festigkeit von Stahl, erklären die Forschenden. Auch Korrosion durch Feuchtigkeit und Oxidation kann dem Material kaum etwas anhaben.
Das neue Nanoröhrchen-Mxen-Material (Stern) sticht in seiner Festigkeit und der Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Strahlung heraus. — © Korea Institute of Materials Science (KIMS)
Geeignet für Flugzeuge, Drohnen, aber auch Mobilfunk und Co
Nach Ansicht des Teams eignet sich ihr neu entwickeltes Verbundmaterial damit hervorragend als stabiler und gleichzeitig leichter „Tarnmantel“ für Flugzeuge, Drohnen und andere Technologien. „Wir erwarten, dass dieses multifunktionale Material breite Anwendung finden wird – nicht nur in zukünftiger Technik des Militärs und der Luftfahrt, sondern auch, wenn es um die Vermeidung elektromagnetischer Störeffekte in der Telekommunikation oder tragbaren Elektronik geht“, sagt Seniorautor Taehoon Kim vom KIMS.
Das Forschungsteam hat bereits Patente für sein Material angemeldet und möchte nun vor allem die Herstellung weiter optimieren. Ziel ist es, die großflächige Produktion der Dünnschichten sowie deren Integration in reale Bauteile zu vereinfachen.
Quelle: Minseouk Choi (Korea Institute of Materials Science (KIMS), Seoul) et al., Advanced Composites and Hybrid Materials,2026; doi: 10.1007/s42114-026-02009-w
