Raupen-Vorbild liefert kühlende Hightech-Faser

New York (pte003/22.05.2018/06:15) - Forscher der Columbia University School of Engineering and Applied Science http://engineering.columbia.edu haben eine Kunstfaser gefertigt, die sowohl kühlende Kleidung ermöglicht als auch für die optische Signalübertragung, beispielsweise in biomedizinischen Anwendungen, geeignet scheint. Vorbild dafür ist jene Seide, aus der die Raupe des Kometenfalters ihren Kokon spinnt - eine Naturfaser mit herausragenden Eigenschaften. Dem Team ist es gelungen, den natürlichen Spinnvorgang nachzubauen, um eben diese Eigenschaften breiter zugänglich zu machen.

Künstliches Spinnen

Die Kometenfalter-Raupenseide ist aufgrund ihrer Struktur ein sehr interessantes Material, da sie 70 Prozent des auftreffenden Lichts reflektiert. "Kometenfalter-Fasern sind das beste natürliche fasrige Material, um Sonne abzuschirmen, das wir kennen", betont Nanfang Yu, Physikprofessor an der Columbia University. Kunstfasern mit ähnlichen Eigenschaften könnten daher für die Industrie interessant sein. "Zudem können diese Fasern Lichtsignale oder sogar einfache Bilder von einem Ende zum anderen leiten", so der Nanophotonik-Experte. Eben das könnte für biomedizinische Anwendungen interessant sein.

Yus Team hat daher die Eigenschaften der Naturfaser, deren Einzelfaden metallisch glänzt, genau analysiert. Besonders wichtig ist demnach die Nanostruktur - filamentartige Luftlöcher entlang der Fasern. Zudem hat sich das Team damit befasst, wie die Raupe ihre Fäden spinnt und diesen Prozess nachgebaut. Damit ist es ihnen gelungen, bioinspirierte Kunstfasern zu fertigen, die zwei Ausgangsmaterialien kombinieren: eine biokompatible, flüssige Vorstufe natürlicher Seide und das für eine Massenfertigung gut geeignete, künstliche Polymer Polyvinylidendifluorid.

Leistungsfähiger als Vorbild

Statt eines festen Kerns, wie derzeit in der Textilindustrie genutzte Fasern, haben die mit dem neuen Prozess gesponnen Fäden ähnliche Nanostrukturen wie das Raupen-Produkt und sind sogar noch leistungsfähiger als das biologische Vorbild. Denn eine einzelne Kunstfaser reflektiert sogar 93 Prozent des einfallenden Lichtes. Die Fasern könnten beispielsweise in Sommerkleidung zum Einsatz kommen, die dünner ist als Papier und dennoch selbst verschwitzt absolut blickdicht bleibt. Aufgrund der Struktur der Fasern würde diese auch sehr gut kühlen.

Yu arbeitet nun daran, die Verarbeitungsmenge bei der Herstellung bioinspierter nanostrukturierter Fasern zu steigern. Er hofft, dass dazu nur kleine Änderungen an industriell üblichen Prozessen nötig sind. "Wir wollen die riesigen Faser-Spinnmaschinen, die überall in der Branche im Einsatz sind, nicht drastisch verändern", so der Physiker. Er hofft, dass kleine, clevere Anpassungen bei kritischen Schritten oder Komponenten ausreichen, damit übliche Maschinen nanostrukturierte statt gewöhnliche, feste Fasern fertigen können - was die Kunstfaserbranche revolutionieren könnte.

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