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26.04.18 – Smart Textiles

Neue Textilien für High-Tech-Kleidung, made in Bayreuth

Forscher der Universität Bayreuth, der Donghua University Shanghai und der Nanjing Forestry University haben leitfähige neuartige Vliesstoffe entwickelt.

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Prof. Dr. Andreas Greiner und Prof. Dr. Seema Agarwal (v.l.) an einer Anlage zum Elektrospinnen an der Universität Bayreuth. Im Gegenlicht sind die dünnen Fasern zu erkennen, aus denen die Vliesstoffe gebildet werden © Christian Wißler

 
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Steffen Reich M.Sc., Bayreuther Chemie-Doktorand, bei der Herstellung einer Lösung mit winzigen Silberdrähten © Christian Wißler

 

Unbequem, steif und wenig luftdurchlässig: Textile Materialien, durch die elektrischer Strom fließen kann, sind für Alltagskleidung manchmal hinderlich. Doch nun ist der Weg frei für bequeme High-Tech-Kleidung, die beispielsweise das Sonnenlicht in Wärme umwandelt, tragbare elektronische Geräte mit Strom versorgt oder Sensoren für das Fitnesstraining enthält. In der Zeitschrift npj Flexible Electronics haben die Wissenschaftler ihre Entwicklung jetzt vorgestellt.

Die Bayreuther Forscher um Prof. Dr. Andreas Greiner haben gemeinsam mit ihren chinesischen Partnern erstmals leitfähige Vliesstoffe hergestellt, die alle Eigenschaften bewahren, die von alltagstauglicher Kleidung erwartet werden. Die Stoffe sind flexibel, passen sich also den jeweiligen Körperhaltungen und Körperbewegungen an. Zudem sind sie luftdurchlässig sprich atmungsaktiv.

Die Kombination dieser Eigenschaften beruht auf einem speziellen Herstellungsverfahren

Die Wissenschaftler haben nicht (wie bisher üblich) Metalldrähte in bereits fertige Textilien eingezogen, sondern das klassische Elektrospinnen (engl. Electrospinning) modifiziert: Kurze elektrogesponnene Polymerfasern und geringe Mengen winziger Silberdrähte mit Durchmessern von nur 80 Nanometern 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.

Wearables neu definiert

So eröffnen sich jetzt 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. „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. Dr. 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.

Veröffentlichung:

S. Reich, M. Burgard, M. Langner, S. Jiang, X. Wang, S. Agarwal, B. Ding, J. Yu, A. Greiner, Polymer

nanofibre composite nonwovens with metal-like electrical conductivity, npj Flexible Electronics,

DOI 10.1038/s41528-017-0018-5 (open access).