Es gibt viele potenzielle Anwendungen für leitfähige „intelligente Stoffe“, aber in der Regel sind Spezialfasern nicht so weich und flexibel wie solche aus herkömmlichen Materialien. Eine experimentelle neue doppelseitige Faser ist jedoch sowohl weich als auch leitfähig. Die von einem Wissenschaftlerteam der Washington State University entwickelte Faser besteht aus zwei Substanzen: Baumwollzellulose, die aus recycelten T-Shirts gewonnen wird, und einem bestehenden leitfähigen synthetischen Polymer namens Polyanilin.

Die Einzelstrangfaser vereint die Flexibilität von Baumwolle mit der Leitfähigkeit eines Polymers namens Polyanilin. Zeigt gutes Potenzial für tragbare elektronische Textilien. Forscher der Washington State University erläuterten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Carbohydrate Polymers.

Auf der einen Seite Baumwolle, auf der anderen leitfähiges Polymer. Bild/Washington State University

Polyanilin ist in Kombination mit Baumwollzellulose zu spröde, um allein eine nutzbare Faser zu bilden. Das heißt, die beiden Materialien werden nicht einfach zu einer homogenen Mischung vermischt. In diesem Fall würde das Polyanilin so weit verdünnt, dass es seine Leitfähigkeit verliert.

Um dieses Problem zu lösen, lösten Forscher der Western Sydney University Baumwollzellulose, die aus recycelten T-Shirts gewonnen wurde, in einer Lösung und leitfähige Polymere in einer separaten Lösung auf. Anschließend werden die beiden Lösungen nebeneinander kombiniert und das Material zu einer Faser extrudiert.

In dieser Studie arbeitete das WSU-Team daran, die Herausforderungen beim Mischen leitfähiger Polymere mit Baumwollzellulose zu bewältigen. Ein Polymer ist ein großes Molekül mit einem sich wiederholenden Muster. In diesem Fall verwendeten die Forscher Polyanilin (auch bekannt als PANI), ein synthetisches Polymer mit leitfähigen Eigenschaften, das bereits in Anwendungen wie der Herstellung von Leiterplatten eingesetzt wird. Die Ergebnisse zeigten, dass die Grenzfläche gut verbunden war, was bedeutete, dass Moleküle aus verschiedenen Materialien beim Strecken und Biegen zusammenblieben.

Chefwissenschaftler Liu Hang verarbeitet eine Materialrolle. Bild/Dean Hare von der Washington State University.

„Wir spalten eine Faser in zwei Teile: Eine Seite besteht aus traditioneller Baumwolle: flexibel und stark genug für den täglichen Gebrauch, während die andere Seite aus einem leitfähigen Material besteht“, sagte Liu Hang, korrespondierender Autor der Studie und Textilforscher an der Western Sydney University. „Die Baumwolle unterstützt das leitfähige Material, was für die gewünschte Funktionalität sorgt.“

Obwohl noch weitere Entwicklungsarbeit nötig ist, besteht die Idee der Forscher darin, solche Fasern als Sensorpflaster mit flexiblen Schaltkreisen in Kleidung zu integrieren. Die Patches könnten Teil der Uniformen von Feuerwehrleuten, Soldaten oder Arbeitern werden, die mit Chemikalien umgehen, um die Exposition gegenüber gefährlichen Substanzen zu erkennen. Weitere Anwendungen sind Gesundheitsüberwachung oder Sportshirts, die mehr können als aktuelle Fitnessmonitore.

Eine von außerordentlichem Professor Liu Hang geleitete Forschungsarbeit wurde kürzlich in der Zeitschrift Carbohydrate Polymers veröffentlicht. Weitere Autoren der Studie sind der Erstautor Liu Wangcheng, Zhao Zihui, Liang Dan, Zhong Weihong und Zhang Jinwen. Diese Forschung wurde durch Programme der National Science Foundation und der Walmart Foundation unterstützt.

Liu sagte: „Es gibt bereits einige intelligente tragbare Geräte, wie zum Beispiel Smartwatches, die Ihre Bewegungen und menschlichen Vitalfunktionen verfolgen können, aber wir hoffen, dass Ihre Alltagskleidung diese Funktionen in Zukunft auch übernehmen kann. Bei der Mode geht es nicht nur um Farbe und Stil, wie viele Leute denken, Mode ist Wissenschaft.“