Warm-Kalt-Textil entwickelt - wissenschaft.de
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Warm-Kalt-Textil entwickelt

Raffinierte Fasern verleihen diesem Stoff erstaunliche Merkmale. (Bild: Faye Levine, University of Maryland)

Mal ist es uns zu kalt und dann wieder zu warm – lästiges Anziehen-Ausziehen von Pulli und Co ist deshalb angesagt. Doch das könnte sich möglicherweise ändern: Forscher haben ein raffiniertes Textilmaterial entwickelt, das seine thermischen Eigenschaften selbstständig daran anpassen kann, wie heiß, verschwitzt oder kalt der Träger ist: Je nach Bedarf wärmt oder kühlt der innovative Stoff.

Der menschliche Organismus ist wie ein Heizkörper – wir strahlen Wärme ab. Wie viel Infrarotstrahlung wir in die Umgebung abgeben, lässt sich dabei bekanntlich durch Kleidung regeln. In diesem Zusammenhang haben Materialforscher in den letzten Jahren immer raffinierte Textilien entwickelt. Sie können allerdings in der Regel nur entweder oder: Einige Materialien isolieren extrem gut und halten dadurch den Körper warm. Andere können hingegen intensiv Wärmestrahlung abgeben, um zu kühlen. Einen Textilstoff, der dynamisch von der einen Funktion zur anderen übergehen kann, gab es bisher dagegen nicht, sagen die Forscher um Yu Huang Wang von der University of Maryland in College Park. Genau diese Fähigkeit soll ihr neuentwickeltes Material nun jedoch besitzen.

Raffinierte Fasern mit Nano-Beschichtung

Wie sie berichten, besteht das innovative Gewebe aus speziell zusammengesetzten Fasern, die mit Kohlenstoffnanoröhren beschichtet sind. Das Trägermaterial ist dabei aus zwei unterschiedlichen Polymerstoffen aufgebaut, die in konträrere Weise auf Feuchtigkeit und Wärme mit Verformung reagieren. Genau auf diesem Effekt basieren die dynamischen Eigenschaften des Materials, erklären die Wissenschaftler: Bei Feuchtigkeit beziehungsweise Wärme verziehen sich die Fasern und ändern damit die Struktur des Stoffes.

Dieser Prozess öffnet Poren im Stoff, durch die Wärme entweichen kann, sagen die Forscher. Doch der eigentliche Clou ist ihnen zufolge der zweite Effekt: Die Strukturveränderung verursacht eine elektromagnetische Kopplung zwischen den Kohlenstoffnanoröhren in der Beschichtung. Dies führt dann zu einer erhöhten Wärmeabstrahlung des Materials. Bei schweißtreibenden Bedingungen sorgt es somit für Kühlung. Wenn das Textil hingegen kalt oder trocken ist, kommt es zum gegenteiligen Effekt: Die Poren schließen sich und durch die Veränderung der elektromagnetischen Kopplung zwischen den Kohlenstoffnanoröhren verringert sich die Wärmeabstrahlung. Dadurch vermittelt der Stoff einen Isolationseffekt.

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„Vereinfacht ausgedrückt ähnelt das Konzept den Effekten bei Radioantennen“, sagt Wang: „Wenn man zwei Antennen verbiegt, so dass sie näher zusammenkommen, verändert sich ihr Reaktionsverhalten gegenüber elektromagnetischen Wellen. Bei den Fasern in unserem Material ist das ähnlich: Je nachdem, wie nah oder fern sie zusammengebracht werden, ändert sich ihre Reaktion auf Infrarotstrahlung“, so Wang. Auf der Ebene des ganzen Stoffes bedeutet das: Das Material kann den Bedingungen entsprechend mehr oder weniger Wärme abstrahlen und somit den Körper warmhalten oder kühlen.

Buchstäblich coole Kleidung in Planung

Konkret ergaben die bisherige Testergebnisse, dass das infrarotadapive Material seine Wärmestrahlung um mehr als 35 Prozent verändern kann. Wie die Forscher berichten, scheint der Stoff auch bezüglich weiterer Eigenschaften gut für den Einsatz als Textilmaterial geeignet zu sein: Die Grundsubstanzen zur Herstellung der Fasern sind problemlos verfügbar und die Kohlenstoffbeschichtung kann unproblematisch aufgetragen werden. Außerdem lässt sich das Gewebe färben und waschen, sagen die Entwickler.

Dennoch muss der Stoff nun erst noch weiter optimiert und getestet werden, bis er in Produkte einfließen kann, betonen die Wissenschaftler. Sie sind allerdings zuversichtlich, dass es eines Tages Kleidung auf der Basis ihres Konzepts geben wird: „Ich finde es sehr spannend, das Material nun für die Entwicklung von Stoffen anwenden zu können, die die Funktionalität von Kleidungsstücken und anderen Stoffen verbessern können“, sagt Co-Autor Min Ouyang.

Quelle: University of Maryland, Science, doi: 10.1126/science.aau1217
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