Mobile-Menu

Smarte Textilien Der Stoff, aus dem die Zukunftsträume sind?

Von Susanne Braun 5 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

Washington State University
EBV Elektronik GmbH & Co. KG
N & H Technology GmbH
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Seit bald zwei Dekaden werkeln Ingenieure und Forscher an Stoffen für Bekleidung aus technischen oder intelligenten Textilien, um damit nicht nur einen publikumsstarken Markt zu erschließen, sondern auch um zu zeigen, was möglich ist. Forschende entwickeln unter anderem leitfähige, auf Baumwolle basierende Fasern – ist das ein neuer großer Schritt in Richtung Smart Textiles? 

Hang Liu untersucht Faserproben, die in ihrem Labor entwickelt wurden.(Bild: Washington State University (Dean Hare))
Hang Liu untersucht Faserproben, die in ihrem Labor entwickelt wurden.
(Bild: Washington State University (Dean Hare))

Smart Textiles, meistens übersetzt mit intelligenten oder technischen Textilien, werden bereits seit zwei Dekaden erforscht und entwickelt. Vom Alltagshemd, das nicht nur im Bruchteil einer Sekunde die Farbe wechseln und gleichzeitig die Herzschlagrate der tragenden Person messen könnte, und dann auch noch für jeden erschwinglich ist, davon sind wir jedoch noch ein Stück weit entfernt. Dabei gibt es bereits allerhand Gebiete, in denen smarte Textilien eingesetzt werden.

  • Abgesehen von Smartwatches, die Gesundheits- und Fitnessdaten aufzeichnen, gibt es Fitnessbekleidungen mit integrierten Sensoren, die während des Trainings biometrische Daten erfassen.
  • Temperaturregulierende und beheizbare Kleidung gewinnt zunehmend an Popularität. Diese Textilien passen sich an Umgebungsbedingungen an und bieten mehr Komfort bei unterschiedlichen Temperaturen. In beheizbare Textilien sind Elemente zur Heizung sowie zur Temperaturregulierung eingebaut.
  • Ähnlich ausgelegt, wie Wearables, sind etwa smarte Schlafanzüge, die Daten über den Schlafzyklus sammeln und sie analysieren.
  • Intelligente Schuheinlagen hingegen analysieren mit Sensoren Laufmuster und das Belastungsprofil der Füße.
  • Als smarte Textilien werden unter anderem auch Halstücher bezeichnet, die nicht nur wärmen und schick aussehen, sondern gleichzeitig über einen austauschbaren Aktivkohlefilter die durch den Stoff eingeatmete Luft von Pollen und anderen Stoffen reinigt.

Man muss bei diesen Produkten allerdings ganz genau hinschauen, denn in den meisten Fällen sammeln diese Textilien zwar Daten, ausgewertet werden sie allerdings mit einem externen Rechner, etwa einem Smartphone oder einem Computer. Ist es vorstellbar, dass dieser zusätzliche Schritt in Zukunft wegfällt?

Bildergalerie

Baumwolle als Faservorlage für Smart Textiles

Intelligente Textilien müssen nicht nur smart sein, sondern sich auch wie Textilien verhalten. Einer der meistgenutzten Stoffe in der Textilherstellung ist Baumwolle. Sie zeichnet sich durch ihre Weichheit, Atmungsaktivität und Tragekomfort aus, ist sowohl für warme als auch kalte Witterungsbedingungen geeignet. Aufgrund der Vielseitigkeit und der angenehmen Haptik ist Baumwolle aus der Industrie nicht wegzudenken. Und deswegen sollten die intelligenten Textilien der Zukunft diesem Look und Feel möglichst nahekommen, wenn man mit ihnen eine breite Kundschaft erreichen möchte.

Bereits im Oktober 2019 wurde in der Zeitschrift Advanced Functional Materials etwa ein hochleitfähiges, langlebiges Garn vorgestellt, das vom Drexel’s Center for Functional Fabrics entwickelt wurde.

Dabei wurden Garne auf Zellulosebasis mit einem zweidimensionalen Material namens Mxen beschichtet, in die sich obendrein alle Funktionen wie Energiespeicher oder Antennen integrieren ließen. Einen ausführlichen Bericht dazu finden Sie in dem weiter unten folgenden Artikel.

Im Sommer 2023 stellte ein weiteres Team der Washington State University (WSU) eine zellulosebasierte, leitfähige Verbundfaser vor. Diesmal wurde eine Faser entwickelt, die aus einem Teil konventioneller Baumwolle und aus einem Teil des leitfähigen Polymers Polyaniline besteht.

Faser bietet Flexibilität und Leitfähigkeit

Es gibt beim Entwurf eines intelligenten Textils einige Hürden zu überwinden. Zum einen benötigt die Faser Flexibilität und die Eigenschaften eines „echten“ Textils, um für Kleidung genutzt werden zu können. Zum anderen muss die Faser eine hohe Leitfähigkeit vorweisen, um smarte Anwendungen überhaupt ermöglichen zu können. 

Wenn diese Hürden überwunden sind, müssen noch Fragen der Kosteneffektivität, der Umweltfreundlichkeit und -verträglichkeit beantwortet werden. Denn smarte Textilien, so hält die Arbeit von Textilforscherin Hang Liu und Kollegen von der WSU fest, verwenden unter anderem Kohlenstoffnanofüllstoffe, um die Leitfähigkeit der Faser zu garantieren. Allerdings sei die Sicherheit von Kohlenstoff-Nanofüllstoffen sowohl im Hinblick auf die Verarbeitung als auch auf die Anwendung in Endprodukten für Wearables umstritten. Bei Herstellungsprozessen gibt es Bedenken hinsichtlich Wasserverschmutzung und Inhalationsrisiken, beim Tragen solcher Stoffe können sich Zytotoxizität und Hautreizungen zum Problem entwickeln.

Deswegen haben sich Liu und Kollegen für Intrinsically Conductive Polymers (ICP) entschieden, die eine vorteilhafte Alternative für tragbare Anwendungen darstellen können. Polyanilin (PANI), ein repräsentatives intrinsisch leitfähiges Polymer (ICP), weist Vorteile wie einfache Synthese, hohe Biokompatibilität, geringe Kosten und anpassbare Leitfähigkeit in Reaktion auf Umweltveränderungen auf. Daher können PANI-Fasern von Natur aus als chemische oder biologische Sensoren fungieren. 

Verbindung herstellen ... aber nicht zu stark

Die Studie beschäftigt sich mit den Herausforderungen, die die Mischung von leitfähigen Polymeren mit Baumwollzellulose mit sich bringt. Obwohl intrinsisch leitfähig, ist Polyanilin spröde und kann nicht eigenständig zu einer Faser für Textilien verarbeitet werden. Daher lösten die Forscher der WSU Baumwollzellulose aus recycelten T-Shirts in einer Lösung und das leitfähige Polymer in einer anderen separaten Lösung. Diese beiden Lösungen wurden dann seitlich miteinander verschmolzen, und das Material wurde extrudiert, um eine Faser herzustellen. Das Ergebnis zeigte eine gute Grenzflächenbindung, was bedeutet, dass die Moleküle der verschiedenen Materialien beim Dehnen und Biegen zusammenbleiben würden.

„Wir wollten, dass diese beiden Lösungen so funktionieren, dass wenn die Baumwolle und das leitfähige Polymer miteinander in Kontakt kommen, sie bis zu einem gewissen Grad miteinander vermischen, um sich gewissermaßen zu verbinden. Allerdings wollten wir nicht, dass sie zu stark miteinander vermischen, da dies sonst die Leitfähigkeit beeinträchtigt hätte“, so Liu (in der Ankündigung der Washington State University im Dezember 2023).

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Weitere Entwicklungen benötigt

Sind wir dank der Arbeit von Teams wie den Forschenden der WSU oder anderen Universitäten, oder den Fortschritten aus der Leiterplattentechnologie mit Conformable Electronics vielleicht einen Schritt näher an intelligenten Textilien, die wie normale Kleidungsstücke wie eine zweite Haut passen oder im Alltag genutzt werden? Vielleicht.

Obwohl weitere Entwicklungen erforderlich sind, besteht die Idee von Liu und Kollegen darin, Fasern wie diese in Bekleidung als Sensor-Patches mit flexiblen Schaltkreisen zu integrieren. Diese Patches könnten Teil von Uniformen für Feuerwehrleute, Soldaten oder Arbeiter sein, die mit Chemikalien umgehen, um auf gefährliche Expositionen zu prüfen. Weitere Anwendungen umfassen die Gesundheitsüberwachung oder Trainingshemden, die mehr können als aktuelle Stücke. 

Liu dazu: „Wir haben einige intelligente Wearables, wie Smartwatches, die Bewegungen und Vitalzeichen verfolgen können, aber wir hoffen, dass in Zukunft auch alltägliche Kleidung diese Funktionen übernehmen kann. Mode ist nicht nur Farbe und Stil, wie viele Menschen es betrachten: Mode ist Wissenschaft.“ (sb)

(ID:49859755)

Weiterführende Inhalte