Eine Forschungsgruppe unter der Leitung der Chalmers University of Technology in Schweden präsentiert einen gewöhnlichen Seidenfaden, der mit einem leitfähigen Kunststoffmaterial beschichtet ist und vielversprechende Eigenschaften aufweist, um Textilien in Stromgeneratoren zu verwandeln.
Thermoelektrische Textilien wandeln Temperaturunterschiede, beispielsweise zwischen unserem Körper und der umgebenden Luft, in ein elektrisches Potential um. Diese Technologie kann in unserem Alltag und in der Gesellschaft von großem Nutzen sein. Verbunden mit einem Sensor können die Textilien diese Geräte batterielos mit Strom versorgen. Mit diesen Sensoren können wir unsere Bewegungen überwachen oder unseren Herzschlag messen.
Da die Textilien eng am Körper getragen werden müssen, müssen die darin verwendeten Materialien hohe Anforderungen an Sicherheit und Flexibilität erfüllen. Der Seidenfaden, den die Forscher getestet haben, verfügt über eine Beschichtung aus einem leitfähigen Polymer. Dabei handelt es sich um einen Kunststoff, dessen chemische Struktur das Material elektrisch leitfähig macht und sich gut für Textilien eignet.
„Die von uns verwendeten Polymere sind biegsam, leicht und sowohl in flüssiger als auch in fester Form einfach zu verwenden. Außerdem sind sie ungiftig“, sagt Mariavittoria Craighero, Doktorandin am Fachbereich Chemie und Chemieingenieurwesen der Technischen Universität Chalmers und Erstautorin einer kürzlich veröffentlichten Studie.
Das Verfahren zur Herstellung des elektrisch leitfähigen Fadens ist das gleiche wie in früheren Studien im Rahmen desselben Forschungsprojekts . Früher enthielt der Faden Metalle, um seine Stabilität bei Kontakt mit Luft aufrechtzuerhalten. Seitdem wurden Fortschritte bei der Herstellung des Fadens aus ausschließlich organischen (kohlenstoffbasierten) Polymeren erzielt. In der aktuellen Studie haben die Forscher einen neuen Fadentyp mit verbesserter elektrischer Leitfähigkeit und Stabilität entwickelt.
Um zu zeigen, wie sich der neue Faden in der Praxis einsetzen lässt, stellten die Forscher zwei thermoelektrische Generatoren her – einen mit dem Faden vernähten Knopf und ein Stück Textil mit eingenähten Fäden. Wenn sie die thermoelektrischen Textilien zwischen eine heiße und eine kalte Oberfläche legten, konnten sie beobachten, wie die Spannung am Messgerät anstieg. Der Effekt hing dabei vom Temperaturunterschied und der Menge des leitfähigen Materials im Textil ab. So zeigte das größere Stück Stoff bei einem Temperaturunterschied von 30 Grad Celsius etwa 6 Millivolt an. In Kombination mit einem Spannungswandler ließen sich damit theoretisch tragbare elektronische Geräte über einen USB-Anschluss aufladen. Die Forscher konnten zudem zeigen, dass die Leistung des Fadens mindestens ein Jahr lang erhalten bleibt. Zudem ist er maschinenwaschbar.
„Nach sieben Waschvorgängen behielt der Faden zwei Drittel seiner Leitfähigkeit. Das ist ein sehr gutes Ergebnis, das allerdings noch deutlich verbessert werden muss, bevor es kommerziell interessant wird“, sagt Mariavittoria Craighero.
Der thermoelektrische Stoff und Knopf können heute außerhalb der Laborumgebung nicht effizient hergestellt werden. Das Material muss von Hand hergestellt und eingenäht werden, was zeitaufwändig ist. Allein das Einnähen in den demonstrierten Stoff erforderte vier Tage Handarbeit. Die Forscher sind jedoch davon überzeugt, dass der neue Faden großes Potenzial hat und dass es möglich wäre, einen automatisierten Prozess zu entwickeln und ihn zu skalieren.
Credits
Technische Universität Chalmers | Hanna Magnusson
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202406770
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