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Samstag, 30.07.2016
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Leuchtende Kleidung rückt näher

Neuartige lichtemittierende Fasern könnten bald Textilien zum Leuchten bringen

Leucht-Shirt statt Lampe: Neuartige Leuchtfasern könnten bald unsere Kleidung in buntem Licht erstrahlen lassen. Die neuen Fasern bestehen aus einem ultradünnen Stahldraht, der mit einer organischen, lichtemittierenden Hülle beschichtet ist. Der große Vorteil: Diese Fasern sind biegsam, robust und ihre Helligkeit ist nahezu unabhängig vom Blickwinkel, wie die Forscher im Fachmagazin "Nature Photonics" berichten.
Elektrochemische Zellen bringen diese Fasern zum Leuchten.

Elektrochemische Zellen bringen diese Fasern zum Leuchten.

Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind klein, stromsparend und lassen sich selbst in flexiblen, biegsamen Displays und Geräten unterbringen. Ihr großer Vorteil liegt darin, dass ihre lichtemittierenden Schichten weniger als einen Mikrometer dünn sind, dafür aber über große Flächen ausgedehnt werden können. Bisher allerdings sind diese OLEDs nicht robust genug, um auch in Textilien integriert zu werden - und so Kleidung zum Leuchten zu bringen.

Stahldraht mit Leuchtschicht


Das jedoch könnte nun die Erfindung von Zhitao Zhang von der Fudan University in Schanghai und seinen Kollegen möglich machen. Denn sie haben lichtemittierende elektrochemische Zellen (PLEC) in Form dünner Fasern entwickelt. Diese bestehen aus einem 127 Mikrometer dünnen Stahldraht, der mit den dreischichtigen Leuchtzellen beschichtet wird. Zuunterst liegt dabei eine Zinkoxidschicht, die dem Elektronentransfer dient. Darüber liegt die Licht emittierende Schicht aus einer Mischung eines Polymers mit zwei Salzen. Abgedeckt wird das Ganze durch eine eng gewickelte Spirale aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen.

Insgesamt ist die leuchtende Faser rund einen Millimeter dick. Wird Strom angelegt, verteilen sich die Elektronen in den Schichten um und die Faser beginnt zu leuchten. Bis die Lichtemission begann, benötigte die Faser rund fünf Volt, optimale Helligkeit erreichte sie bei rund 13 Volt. Dann lag die Lichtstärke bei umgerechnet 609 Candela pro Quadratmeter, wie die Forscher berichten. Damit benötigen die PLECs noch etwas mehr Spannung als herkömmliche OLEDs, das lasse sich aber noch optimieren.


Hell, mehrfarbig und robust


Der große Vorteil: "Die Helligkeit der Fasern ist nahezu unabhängig vom Blickwinkel – das ist für die Nutzung wichtig", so Zhang und seine Kollegen. Und robust ist sie auch: Selbst wenn die Faser 100 Mal hintereinander eng gebogen wird, behält sie mehr als 90 Prozent ihrer Leuchtkraft, wie Experimente ergaben. Schäden durch das Verbiegen gab es dagegen keine.

Für Textilien sei diese Faser daher bestens geeignet: "Sie ist leicht, flexible und tragbar - und sie kann in verschiedenste flexible Elektroniken eingewoben werden", erklären die Wissenschaftler. Dadurch lässt sich selbst mehrfarbig leuchtende Kleidung aus solchen Lichtzellen erstellen. In ihren Tests produzierten die Forscher sowohl blaue als auch gelbleuchtende Fasern. Aber selbst gestreifte Fasern sind möglich, wie sie erklären.

Bevor die Leuchtfasern großtechnisch hergestellt werden können, muss der Herstellungsprozess zwar noch optimiert werden, dennoch könnte dies relativ bald geschehen. "Denn die einfache Tauchbeschichtung lässt sich gut mit der schnellen und günstigen Roll-toll-Fabrikation vereinbaren", so die Forscher. Nur die Umwicklung mit den Nanoröhrchen muss nun noch auf industrielle Maßstäbe übertragen werden. (Nature Photonics, 2015; doi: 10.1038/nphoton.2015.37)
(Nature, 24.03.2015 - NPO)