Ein biomimetischer Prozess zur Herstellung weicher Fasern für intelligente Textilien

1. August 2023 | Von Gerald Ondrey

Damit intelligente Textilien effektiv funktionieren, müssen sie stark, dehnbar und elektrisch leitfähig sein. Allerdings war die Herstellung von Fasern, die diese drei Eigenschaften besitzen, eine Herausforderung.

Inspiriert durch die Art und Weise, wie Spinnen Seide spinnen, um Netze herzustellen, hat ein internationales Forscherteam eine Methode zur Herstellung weicher Fasern entwickelt, die diese drei Schlüsseleigenschaften besitzen. Über die Studie – geleitet von Assistenzprofessor Tan Swee Ching vom Dept. of Materials Science and Engineering des College of Design and Engineering der National University of Singapore (NUS; www.nus.sg) – wurde kürzlich in einer Ausgabe von Nature Electronics berichtet.

Herkömmliche Spinnverfahren zur Herstellung synthetischer Fasern erfordern hohen Druck, hohen Energieaufwand, große Mengen an Chemikalien und spezielle Ausrüstung. Darüber hinaus haben die resultierenden Fasern typischerweise begrenzte Funktionen. Im Gegensatz dazu bildet das Spinnenseiden-Spinnverfahren bei Raumtemperatur und Druck starke und vielseitige Fasern. Es wurden zwei einzigartige Schritte bei der Spinnenseidenbildung identifiziert, die das Team nachahmen konnte. Das erste ist die Umwandlung einer hochkonzentrierten Proteinlösung (Seidenspinnlösung) in einen Faserstrang. Der zweite identifizierte Schritt bestand darin, dass sich die Anordnung der Proteine ​​in der Spinnlösung ändert, wenn sie durch äußere Faktoren ausgelöst wird, um dabei zu helfen, den flüssigen Anteil von der Seidenspinnlösung zu trennen und die festen Seidenfasern zurückzulassen. Das Team stellte die beiden Schritte nach und entwickelte einen neuen Spinnprozess, der als Phase Separation-Enabled Ambient (PSEA)-Spinnansatz bekannt ist.

Die weichen Fasern wurden aus einer viskosen Gellösung gesponnen, die aus in Dimethylformamid gelöstem Polyacrylnitril (PAN) und Silberionen (PANSion) bestand. Wenn das Gel unter Umgebungsbedingungen gezogen und geschleudert wird, bildet sich die weiche Faser. Wenn es der Luft ausgesetzt wird, bewirken Wassermoleküle in der Luft, dass sich der flüssige Teil des Gels vom festen Teil des Gels trennt – ein Phänomen, das als durch Nichtlösungsmitteldampf induzierter Phasentrennungseffekt bekannt ist. Die Tröpfchen werden einfach durch die Schwerkraft entfernt.