Wissenschaftler der Drexel University verwandeln normales zellstoffbasiertes Garn in hochleitfähiges, beständiges E-Garn. Möglich macht das eine Beschichtung mit einem 2D-Material aus der Gruppe der MXene. Das Ergebnis ist ein Faden, der sich in normalen Strickmaschinen verarbeiten lässt und gut waschbar ist. Da das genutzte Material unter anderem auch als Stromspeicher geeignet ist, könnte das praktische E-Kleindung ermöglichen.
"Heutige Wearables nutzen herkömmliche Batterien, die sperrig und unbequem sind und die Designmöglichkeiten für das Endprodukt einschränken können", schreibt das Team in einer in "Advanced Functional Materials" veröffentlichten Arbeit. Das neue E-Garn könnte das ändern, denn es habe ausgezeichnete elektrische Eigenschaften. Ansätze mit Graphen oder Kohlenstoff-Nanoröhren steche es aus, so Yury Gogotsi, Leiter des Instituts für Nanomaterialien an der Drexel University. "Es kommt an die Leitfähigkeit von mit Silber-Nanodrähten beschichtetem Garn heran", so der Materialwissenschaftler. Im Gegensatz dazu setzt das MXene-Garn aber keine potenziell problematischen Silber-Nanopartikel frei.
"MXene könnten genutzt werden, um Textilien elektrische Speicherfähigkeit, Sensorik, elektromagnetische Abschirmung und viele andere nützliche Eigenschaften zu verleihen", betont Gogtsi. Das aktuelle Garn sei dafür ein Beispiel. Es beruhe auf Titancarbid-MXene. Dieses sei zunächst einfach ein schwarzes Pulver aus wenigen Atomen dicken Flocken. Grössere Flocken bedeuten dabei mehr Leitfähigkeit. Die Performance sei gestiegen, als das Team einen Faden mit kleinen Flocken durchsetzte und mit großen Flocken beschichtete.
Einige der grössten Herausforderungen in unserem Bereich ist die Entwicklung innovativer funktioneller Garne, die robust genug sind, um im Textilfertigungsprozess zum Einsatz zu kommen und das Waschen auszuhalten", betont Genevieve Leiterin des Drexel Center for Functional Fabrics. Auch hier scheint das MXene-Garn zu punkten, denn dem Team zufolge ist es robust genug für die Verarbeitung mit normalen industriellen Strickmaschinen. Zudem habe die Leistungsfähigkeit auch nach dutzenden Waschvorgängen nicht gelitten.
MXene könnten dem Team zufolge hochintegrierte E-Textilien ermöglichen, die beispielsweise Akkufunktion, Sensorik und Antennen verbinden. Das könnte unter anderem Sportbekleidung ermöglichen, die bequem ist und doch die Leistung genau überwacht. Doch auch jenseits der Bekleidung gibt es Anwendungspotenzial. "Man könnte darüber nachdenken, Autositze damit zu machen, sodass das Auto Grösse und Gewicht des Passagiers erfasst, um Sicherheitseinstellungen zu optimieren", meint Gogotsi. Vorstellbar seien auch E-Teppiche, die in einem Smart Home erfassen, wie viele Menschen überhaupt zuhause sind.
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