Smart und bequem: Neue Tex­ti­li­en für High-Tech-Klei­dung, made in Bayreuth

Symbolbild Bildung
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. Foto: Christian Wißler.

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. Foto: Chri­sti­an Wißler.

Unbe­quem, steif und wenig luft­durch­läs­sig: Tex­ti­le Mate­ria­li­en, durch die elek­tri­scher Strom flie­ßen kann, sind für All­tags­klei­dung manch­mal hin­der­lich. Doch jetzt haben For­scher der Uni­ver­si­tät Bay­reuth, der Dong­hua Uni­ver­si­ty in Shang­hai und der Nan­jing Fore­s­try Uni­ver­si­ty neu­ar­ti­ge Vlies­stof­fe ent­wickelt, die sowohl elek­tri­sche Leit­fä­hig­keit besit­zen als auch fle­xi­bel und atem­fä­hig sind. Damit 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 stel­len die Wis­sen­schaft­ler ihre Ent­wick­lung vor.

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 ‑bewe­gun­gen an. Zudem sind sie luft­durch­läs­sig, so dass sie die natür­li­che Haut­at­mung nicht beeinträchtigen.

Die Kom­bi­na­ti­on die­ser Eigen­schaf­ten beruht auf einem spe­zi­el­len Her­stel­lungs­ver­fah­ren. Die Wis­sen­schaft­ler haben nicht, im Unter­schied zu bis­her übli­chen Pro­duk­ti­ons­wei­sen, Metall­dräh­te in bereits fer­ti­ge Tex­ti­li­en ein­ge­zo­gen. Statt­des­sen haben sie das klas­si­sche Elek­tro­spin­nen (engl. Elec­tro­spin­ning), 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 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.

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.

Die jetzt in npj Fle­xi­ble Elec­tro­nics ver­öf­fent­lich­ten For­schungs­er­geb­nis­se sind aus einer engen Koope­ra­ti­on der Uni­ver­si­tät Bay­reuth mit der Dong­hua Uni­ver­si­ty in Shang­hai und der Nan­jing Fore­s­try Uni­ver­si­ty her­vor­ge­gan­gen. Erst vor zwei Jah­ren haben die Dong­hua Uni­ver­si­ty, die seit ihrer Grün­dung einen Schwer­punkt in der Erfor­schung und Ent­wick­lung von Tex­ti­li­en hat, und die Uni­ver­si­tät Bay­reuth einen Koope­ra­ti­ons­ver­trag unter­zeich­net. Der ver­ein­bar­te wech­sel­sei­ti­ge Aus­tausch in For­schung und Stu­di­um trägt nun erste Früchte.

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).