Leitfähige Vliesstoffe

Smart und bequem

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Prof. Andreas Greiner und Prof. Seema Agarwal (v.l.) an einer Anlage zum Elektrospinnen. Im Gegenlicht erkennbar: die dünnen Fasern (Bild: Christian Wißler)
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Forscher entwickeln neuartige Vliesstoffe, die sowohl elektrische Leitfähigkeit besitzen als auch flexibel und luftdurchlässig sind. Damit ist der Weg frei für bequeme High-Tech-Kleidung, die tragbare elektronische Geräte mit Strom versorgt oder Sensoren enthält.

Unbequem, steif und wenig luftdurchlässig: Textile Materialien, durch die elektrischer Strom fließen kann, sind für Alltagskleidung manchmal hinderlich. Doch jetzt haben Forscher um Prof. Andreas Greiner von der Universität Bayreuth sowie Wissenschaftler der Donghua University in Shanghai und der Nanjing Forestry University erstmals leitfähige Vliesstoffe hergestellt, die alle Eigenschaften haben, die von alltagstauglicher Kleidung erwartet werden. Die Stoffe sind flexibel, passen sich also den jeweiligen Körperhaltungen und -bewegungen an. Zudem sind sie luftdurchlässig, so dass sie die natürliche Hautatmung nicht beeinträchtigen.

Erst mischen, dann Vlies herstellen

Die Kombination dieser Eigenschaften beruht auf einem speziellen Herstellungsverfahren. Die Wissenschaftler haben die Metalldrähte nicht in bereits fertige Textilien eingezogen, wie es bei bisherigen Produktionsweisen üblich ist. Stattdessen haben sie das klassische Elektrospinnen, das bereits seit vielen Jahren für die Erzeugung von Vliesstoffen angewendet wird, modifiziert: Kurze elektrogesponnene Polymerfasern und geringe Mengen winziger Silberdrähte mit Durchmessern von nur 80 nm werden in einer Flüssigkeit gemischt. Anschließend werden sie abfiltriert, getrocknet und noch kurz erhitzt. Der so entstehende stabile Vliesstoff besitzt bei richtiger Zusammensetzung eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit.

Smarte bequeme Kleidung

So eröffnen sich eine Vielzahl innovativer Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere im Bereich der smarten Kleidung („Wearables“). Alltägliche Kleidungsstücke können zum Beispiel mit Solarzellen so ausgestattet werden, dass das einfallende Sonnenlicht in Wärme umgewandelt wird und sich die Textilien selbst beheizen. Mobiltelefone, Kameras, Minicomputer oder andere tragbare elektronische Geräte lassen sich zum Aufladen an die Textilien anschließen. In die Kleidung eingearbeitete Sensoren können Sportlern und Trainern wichtige Daten zu Fitness und Gesundheit liefern, oder sie können Angehörige und Freunde über den eigenen Aufenthaltsort informieren.

Konzept auf viele Systeme übertragbar

„Ähnliche Funktionen lassen sich nicht nur in Kleidungsstücke, sondern genauso gut auch in textile Materialien einbauen, die für Armaturen und Sitze in Autos oder Flugzeugen geeignet sind“, erklärt Prof. Andreas Greiner, der an der Universität Bayreuth einen Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie innehat. „Unser Konzept, das der Herstellung leitfähiger Textilien zugrunde liegt, ist grundsätzlich auf viele Systeme übertragbar“, ergänzt Steffen Reich, Doktorand und Erstautor der neuen Studie. Er nennt als Beispiel aktuelle Bayreuther Forschungsarbeiten zu mikrobiellen Brennstoffzellen, in die derartige Vliesstoffe künftig als Elektroden eingebaut werden könnten.

www.nature.com/articles/s41528–017–0018–5

www.uni-bayreuth.de

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