Synthese von Textilien und Elektronik - scinexx | Das Wissensmagazin
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Miniaturisierung ist Trumpf

Synthese von Textilien und Elektronik

Möglich geworden ist die intelligente Kleidung unter anderem durch den rasanten Fortschritt in der Mikrosystemtechnik, beispielsweise in der Informatik oder in der Informations- und Kommunikationstechnologie. Der Trend zur Miniaturisierung hält dort nach wie vor an und auch immer neue Gewichtsreduzierungen und flexible und freie Formen sind bei elektronischen Bauteilen längst ein Muss – so wie bei einem neuen „Elektro-Sandwich“, das als Drucksensor fungiert.

Siegeszug der TFTs

Grundlage für die neue Technik war die Entwicklung von flächigen Transistoren durch die Elektronikindustrie, die vor einiger Zeit den Siegeszug der Flachbildschirme eingeleitet hat. Um solche so genannten TFTs aber auch für intelligente Textilien nutzen zu können, benötigt man darüberhinaus superflache Sensoren. Diese produzieren beispielsweise auf Druck elektrische Signale, die zur Schaltung der TFTs dienen. So weit die Theorie.

Flach wie eine Plastikfolie

Zwar gibt es seit einiger Zeit Drucksensoren, die so flach sind wie eine Plastikfolie, doch gelang es Physikern nicht aus diesen elektrisch geladenen Polymerschäumen und den TFTs eine „schlagkräftige Verbindung“, drucksensible Schalter, herzustellen. Doch Wissenschaftler der Universität Linz um Professor Siegfried Bauer sind bei diesem Problem im Jahr 2006 einen entscheidenden Schritt weiter gekommen.

„Es kommt auf die richtige Schichtung der Komponenten an“, sagt der Forscher vom Institut für Experimentalphysik. „Wir haben auf einem Trägermaterial aus Polyamid einen Propylen-Schaum über einem TFT aufgebracht.“

Wird auf dieses „Elektro-Sandwich“ nun Druck ausgeübt, so die Linzer Wissenschaftler, nähern sich die unterschiedlich geladenen Seiten der Hohlräume im Polymerschaum an und erzeugen das benötigte elektrische Signal. „Das Tolle an dieser Kombination ist, dass die Schaltung des Transistors vorübergehend ist. Lässt der Druck auf die Propylenschicht nach, kehrt die Schaltung in seine Ausgangslage zurück“, erklärt Bauer. Bisherige Experimente anderer Wissenschaftler hatten lediglich permanente Schaltungen zum Ergebnis.

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Viele Anwendungsmöglichkeiten

Die Drucksensibilität der neuen Sensoren aus Polymerfolie ist zudem sehr hoch und reicht von wenigen Pascal bis zu einem Megapascal. „Dabei wurde eine Spannung von mehr als 100 Volt gemessen“, so der Physiker weiter. „Mehr als genug, um die Transistoren zu schalten.“

Da die verwendeten Materialien zudem immer preiswerter werden, steht einer Verwendung der neuen Erfindung scheinbar kaum noch etwas im Weg. Die Forscher gehen davon aus, dass das „Elektro-Sandwich“ etwa in künstlichem Hautersatz oder in mitdenkenden Textilien zum Einsatz kommen könnte.

Denkbar ist beispielsweise eine Integration der Drucksensoren in Laufhosen von Freizeit- oder Leistungssportlern, um die Muskelaktivität zu messen und zu überwachen. Die so gewonnenen Daten könnten dann wichtige Informationen zur Trainingssteuerung liefern.

Hightech-Garn lässt Kleider leuchten

„EL“-Garn © Manchester University

Während die Linzer Wissenschaftler an der Verbesserung der Elektronikbauteile arbeiten, haben sich britische Wissenschaftler von der Universität Manchester mit einem anderen Grundbaustein von intelligenter Kleidung beschäftigt, dem Garn. Im Oktober 2007 ist es ihnen gelungen, ein neues Hightech-Produkt zu entwickeln, das im Dunkeln leuchtet.

Dieses so genannte EL-Garn trägt in seinem Inneren einen leitfähigen Faden, der von einer Hülle aus farbiger Tinte umgeben ist. Fließt nun ein elektrischer Strom durch diese Flüssigkeit hindurch, strahlt sie Licht aus. Die ungewöhnliche Leuchthülle wiederum ist durch eine transparente Schutzschicht von einem weiteren leitfähigen Hüllfaden getrennt. Wenn das EL-Garn über eine Batterie mit Strom versorgt wird, regt das elektrische Feld zwischen dem inneren und dem äußeren Leiter die Farbschicht zum Leuchten an.

Besserer Schutz auf der Landstraße

Leuchtkleider © Manchester University

„Zurzeit ist das EL-Garn noch etwas steifer als konventionelle Garne“, erklärt Tilak Dias vom William Lee Innovation Centre (WLIC) an der Universität von Manchester. „Aber es ist bereits flexibler als die optischen Fasern, die heute in Textilien eingebettet werden, um ein Leuchten zu erzeugen. Zudem ist die Leuchtkraft eines einzigen EL-Fadens bereits größer als der von photolumineszenten Leuchtgarnen. Wenn man das Garn so verwebt oder verknüpft, dass viel Garn pro Fläche zusammenkommt, lässt sich die Leuchtkraft sogar noch weiter steigern.“

Das neue EL-Garn soll schon bald zu moderner Schutzkleidung verarbeitet werden. Das selbstleuchtende Material könnte dann dafür sorgen, dass Spaziergänger und Radfahrer in der Dunkelheit besser von Auto- oder Lastwagenfahrern gesehen werden.

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Stand: 18.04.2008

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Intelligente Kleidung
Hightech-Textilien auf dem Vormarsch

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Wenn Jacken intelligent werden
„Smart clothes“ und „functional wear“ vor dem Boom

Frieren verboten
Heizbare Handschuhe und wärmende Unterwäsche

Synthese von Textilien und Elektronik
Miniaturisierung ist Trumpf

Gekauft wird was gefällt
Kleidung muss chic, trendy und intelligent sein

Eisjacken als Doping
Hightech macht Sportler leistungsfähiger

Sauber von innen
Selbstreinigende Kleidung

„Must have“ oder teurer Schnickschnack
Ein Fazit

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