Eine innovative Methode zur Messung der Leitfähigkeit von smarten Textilien hat ein Forschungsteam mit Marburger Beteiligung entwickelt. Das hat die Philipps-Universität am Donnerstag (26. September) mitgeteilt.
Das Forschungsteam des Jenaer Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), der Philipps-Universität Marburg und der Brown University in den Vereinigten Staaten von Amerika (USA) hat eine neue Methode entwickelt, um die elektrische Leitfähigkeit von dünnen Schichten auf intelligenten Textilien präzise zu messen. Das Verfahren nutzt Terahertz-Strahlung, um Beschichtungen berührungslos zu analysieren und Materialfehler schnell zu identifizieren. Die Ergebnisse der Forschung wurden im Fachjournal „Scientific Reports“ veröffentlicht
In einer zunehmend vernetzten Welt gewinnen intelligente Textilien, die beispielsweise in der Medizintechnik oder in Kleidung als Sensoren oder Energiequellen integriert werden können, an Bedeutung. Forschende am Leibniz-IPHT entwickeln solche innovativen Textilien wie energiewandelnde Solargewebe, thermoelektrische Generatoren, optische und thermische Sensoren sowie kühlende Materialien. Damit diese Textilien zuverlässig funktionieren, müssen sie mit leitfähigen Materialien beschichtet sein.
Eine besondere Herausforderung besteht darin, diese hauchdünnen Beschichtungen gleichmäßig auf das flexible und unebene Textilgewebe aufzubringen. Mit einer Dicke von nur wenigen Dutzend Nanometern haben sie etwa ein Tausendstel der Dicke eines menschlichen Haares. Nur so können die innovativen Funktionalitäten gewährleistet werden.
Um den Beschichtungsprozess zu optimieren, kooperiert das Leibniz-IPHT mit Forschenden der Philipps-Universität. Sie nutzen eine neue Terahertz-basierte Methode, um die Leitfähigkeit dieser hauchdünnen Schichten präzise, berührungslos und ortsaufgelöst zu messen. Dadurch lassen sich empfindliche Materialien, wie sie in der Textiltechnologie zum Einsatz kommen, analysieren, ohne sie zu beschädigen.
„Terahertz-Strahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen Infrarot- und Mikrowellenstrahlung.“, erläuterte der Doktorand Alexander Jäckel, der die Messungen durchgeführt hat. „Die Methode gibt uns einen detaillierten Einblick in die Qualität der Beschichtungen auf Textilien, die als smarte Kleidung in Bereichen wie der Gesundheitsüberwachung, der Energiewandlung oder Sicherheitsausrüstung eingesetzt werden können.“
Ihre Wechselwirkung mit den Materialien liefert wertvolle Informationen über deren Struktur und elektrische Eigenschaften. „Das hilft, die Produktion solcher Textilien zu optimieren“, erklärte Arbeitsgruppenleiter Dr. Jonathan Plentz vom Leibniz-IPHT. Mit Hilfe der Terahertz-Messungen können Defekte in den leitfähigen Schichten frühzeitig erkannt werden, bevor sie die Funktion der Textilien beeinträchtigen.
Die Forschungsteams testeten die Methode an Silber und Indiumzinnoxid (ITO). Beide werden häufig als leitfähige und transparente Beschichtungen auf Textilien verwendet. Mit Hilfe der Terahertz-Technologie konnten die Forschenden die Leitfähigkeit der Schichten genau kartieren und dabei fehlerhafte Stellen identifizieren, die mit konventionellen Methoden nur schwer zu erkennen sind.
Die gewonnenen Erkenntnisse könnten die Entwicklung langlebigerer und zuverlässigerer Smart Textiles vorantreiben. Besonders in der Medizintechnik und im Bereich der schützenden Kleidung könnten große Fortschritte erzielt werden. Auch andere Branchen wie die Automobilindustrie oder der Bereich der Wearables könnten von dieser Technologie profitieren. Die Methode ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Qualitätskontrolle bei der Entwicklung von Sensoren und flexiblen Schaltkreisen auf Textilien. Die Forschenden planen, die Technologie weiterzuentwickeln, um sie für industrielle Echtzeit-Qualitätskontrollen von intelligenten Textilien einzusetzen.
* pm: Philipps-Universität Marburg