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Samstag, 20. Januar 2018

Intelligente Textilien

Organische Leuchtdioden lassen einzelne Fäden leuchten

Von Bettina Reckter | 20. September 2013 | Ausgabe 38

Bisher konnte man organische Halbleiterbauelemente nicht reproduzierbar auf Fasern aufbringen. Nun haben Forscher eine Maschine entwickelt, mit der sich elektronisch aktive Materialien auf Fäden aufdampfen lassen.

Für Sicherheitskräfte, Polizeibeamte in der Nachtschicht und spielende Kinder in der Dämmerung wäre sie ein Segen: Kleidung, die im Dunkeln nicht nur reflektiert, sondern aktiv leuchtet. Darmstädter Materialwissenschaftler haben jetzt den Weg zu solch intelligenten Textilien geebnet.

Aus ingenieurstechnischer Sicht sei das Einweben von elektronischen Bauteilen in die Kleidung durch ihre Maschine einen wichtigen Schritt vorangekommen, freut sich Heinz von Seggern, Leiter des Fachgebiets Elektronische Materialeigenschaften der TU Darmstadt. "Die reproduzierbare Rotationsbeschichtung mit Halbleiterbauelementen eröffnet im Bereich der intelligenten Textilien theoretisch unzählige Anwendungen."

Die Idee zu einer solchen Maschine stammt von dem Materialwissenschaftler Tobias Könyves-Toth. Ihm gelang es erstmals, organische Halbleiterbauelemente auf Glasfasern aufzudampfen. Im Rahmen des vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Verbundprojekts Lumoled konnte er den Faden mithilfe von funktionstüchtigen Oleds leuchten lassen. "Das Aufbringen anderer Bauelemente wie Transistoren oder Solarzellen bereitet zwar auch Probleme, ist bei der Beschichtung aber im Vergleich weniger aufwendig", sagt Könyves-Toth.

Weil Oleds hochempfindlich gegen Sauerstoff und Wasser sind, muss die Faserbeschichtung unter Vakuumbedingungen stattfinden. "Mit der Rotationsbeschichtung können wir die Faser im Vakuum so drehen, dass sie völlig gleichmäßig beschichtet wird und wir sie anschließend ohne Luftkontakt aus dem Vakuum herausbekommen", erläutert der Materialwissenschaftler.

Die Bauteile werden auf den Faden aufgebracht, indem man die Materialien so lange im Vakuum erhitzt, bis sie verdampfen. So wie Wasserdampf aus einem Kochtopf aufsteigt und sich an der Fensterscheibe niederschlägt, kondensieren die Materialien dann auf der Faser.

Sieben Schichten von jeweils nur wenigen Atomen Stärke müssen auf die Faser aufgetragen werden. Zusammen sind sie nicht dicker als etwa 200 nm. Doch hier gibt ein weiteres Hindernis: Textilfäden haben eine raue Struktur. Die Elektronik funktioniert aber nur auf glatten Oberflächen – winzige Kratzer von ein paar Nanometern Tiefe können zu Defekten wie einem Kurzschluss führen.

"Für unsere ersten Versuche haben wir deswegen glatte Glasfasern verwendet", sagt Könyves-Toth. Doch Glasfasern sind spröde und eignen sich eigentlich nicht zum Weben von Textilien. Die Darmstädter experimentieren deshalb nun auch mit von Polymeren ummantelten Glasfasern.

Mittlerweile konnte das Team aus Materialforschern bereits Fasern von 500 µm Stärke zum Leuchten bringen. Und die Oleds funktionierten auch dann noch, wenn die Faser gebogen wurde.

Doch der Weg zu intelligenten Textilien ist noch weit. Die elektrische Funktionstüchtigkeit ist bisher nicht von langer Dauer, weil noch keine Lösung für eine Schutzschicht gefunden wurde, die die organischen Halbleitermoleküle vor Sauerstoff und Feuchtigkeit schützen könnte.

Erste Ansätze hierfür existieren bereits, doch bis das Verfahren zur Marktreife gelangt, wird es noch dauern. Zudem sind die bislang verwendeten Fasern zu spröde und zu dick, um sie verweben zu können. Und die leuchtenden Fasern halten die mechanische Beanspruchung beim Verweben der Fäden und beim Tragen der Kleidung noch nicht aus.

Die Darmstädter Entwicklung stößt indes auf reges Interesse in der Textilindustrie, wie von Seggern und Könyves-Toth Anfang Juli auf dem International Symposium on Flexible Organic Electronics in Griechenland erfahren durften. ber

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