Technologie

Textilien der nächsten Generation

10.01.2022 - Smarte Materialien erzeugen Strom und unterstützen bei der Temperaturregulierung.

In Zukunft sollen sich mobile und nah am Körper getragene elektronische Geräte noch einfacher mit Energie versorgen lassen, selbst dann, wenn keine externe Strom­ver­sorgung zur Verfügung steht. Forscher des Leibniz-Instituts für photonische Techno­logien in Jena entwickeln dafür eine auf Textilien basierende autarke Energie­versorgung. Solche smarten Textilien nutzen die abgegebene menschliche Körperwärme und wandeln diese in Strom um. Ihre zudem kühlenden Eigen­schaften machen die neuartigen Materialien für sicherheits­relevante Anwendungen interessant und sorgen gleich­zeitig für erhöhten Trage­komfort und gesteigertes Wohl­befinden.

„Unsere Vision ist es, textile Materialien für die Energie­erzeugung zu nutzen. Flexibel, bedarfs­gerecht und umwelt­freundlich können diese smarten Gewebe mobile Geräte der Unter­haltungs­elektronik oder für Gesundheits­anwendungen autark mit Energie versorgen. Smartwatches oder Fitness­armbänder werden direkt am Körper getragen und lassen sich auf diese Weise jederzeit mit Strom versorgen. Vital­parameter können damit beispiels­weise kontinuier­lich gemessen und überwacht werden“, erläutert Jonathan Plentz vom Leibniz-IPHT.

Für die Energieerzeugung nutzen die Forscher thermo­elektrische Generatoren, welche die körper­eigene Wärme in elektrische Energie umwandeln. Dafür werden auf textilen Geweben Dünn­film­beschich­tungen in Form von aluminium­dotiertem Zinkoxid als thermo­elektrische Funktions­schicht aufgebracht. Durch Temperatur­unter­schiede zwischen der Haut­ober­fläche des Nutzers und der Umgebungs­temperatur oder mittels Industrie­abwärme konnten die Forscher thermo­elektrische Effekte mit Leistungen von bis zu 0,2 Mikrowatt messen. Der erzeugte Strom ließe sich in einem Akku speichern.

Die smarten Textilien können aber noch mehr: Der thermo­elektrische Effekt kann auch für die Kühlung mittels elektrischer Energie genutzt und so für Kühl­anwendungen und zur Temperatur­regulierung eingesetzt werden. Ein mögliches Anwendungs­gebiet sieht Plentz zum Beispiel in der Stahl­industrie. An Hochöfen sind Arbeiter großer Wärme­entwicklung ausgesetzt. Schon nach kurzer Zeit steigt die Körper­temperatur durch die umgebende Hitze deutlich. Intelli­gentes Kühlgewebe integriert in Schutz­kleidung kann helfen, die Körper­temperatur besser zu regulieren. Zudem zeichnen sich die textilen Materialien insbesondere durch ihre Luft­durch­lässig­keit, Leichtig­keit und Flexi­bilität aus, was sich nicht nur positiv auf das Thermo­management auswirkt, sondern zusätz­lichen Komfort in heraus­fordernden Arbeits­umgebungen bietet.

Bei Versuchen konnte durch diese Peltier-Kühlung ein Temperatur­unterschied von bis zu zwölf Kelvin nachge­wiesen werden, was für textile thermo­elektrsiche Elemente einmalig ist. Perspektivisch ließen sich damit nicht nur prozess­kritische Bereiche in der Industrie temperieren, sondern Einsatz­kräfte von Polizei und Feuerwehr wären mit den smarten Textilien mit ihren kühlenden Eigen­schaften noch besser geschützt. Eine aktive Regulierung der Körper­temperatur mit hohem textilen Tragekomfort ist auch im medizinischen Umfeld zum Beispiel zur Fieber­senkung wichtig. Die Kühlung von Transport­gütern mittels funktio­na­li­sierter Textilien eröffnet weitere Anwendungs­felder.

Leibniz-IPHT / RK

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