Forscher der RMIT University nutzen Nanodiamanten, um intelligente Textilien zu entwickeln, die Menschen schneller abkühlen lassen. Ihr Studium, veröffentlicht im Tagebuch Polymere für fortschrittliche Technologienfanden heraus, dass Stoff aus mit Nanodiamanten beschichteter Baumwolle, die mithilfe einer Methode namens Elektrospinnen hergestellt wurde, während des Abkühlvorgangs im Vergleich zu unbehandelter Baumwolle eine Reduzierung der Temperatur um 2–3 °C aufwies.
Sie tun dies, indem sie Körperwärme entziehen und aus dem Stoff abgeben – ein Ergebnis der unglaublichen Wärmeleitfähigkeit von Nanodiamanten.
Der Projektleiter und Dozent Dr. Shadi Houshyar sagte, dass es eine große Chance gebe, diese Erkenntnisse zu nutzen, um neue Textilien für Sportbekleidung und sogar persönliche Schutzkleidung zu entwickeln, beispielsweise Unterwäsche, um Feuerwehrleute kühl zu halten. Die Studie ergab außerdem, dass Nanodiamanten den UV-Schutz von Baumwolle erhöhen, was sie ideal für Outdoor-Sommerkleidung macht.
„Obwohl 2 oder 3 Grad keine große Veränderung zu sein scheinen, machen sie über einen längeren Zeitraum doch einen Unterschied in Bezug auf Komfort und gesundheitliche Auswirkungen und könnten in der Praxis den Unterschied ausmachen, ob Sie Ihre Klimaanlage ausgeschaltet oder eingeschaltet lassen“, sagt Houshyar sagte.
„Es besteht auch Potenzial für die Erforschung, wie Nanodiamanten zum Schutz von Gebäuden vor Überhitzung eingesetzt werden können, was zu Vorteilen für die Umwelt führen kann.“
Die Verwendung dieses Stoffes in Kleidung soll aufgrund des geringeren Einsatzes von Klimaanlagen zu einer Energieeinsparung von 20–30 % führen.
Das im Center for Materials Innovation and Future Fashion (CMIFF) angesiedelte Forschungsteam besteht aus RMIT-Ingenieuren und Textilforschern, die über umfassendes Fachwissen in der Entwicklung intelligenter Textilien der nächsten Generation verfügen und mit der Industrie an der Entwicklung realistischer Lösungen arbeiten.
Entgegen der landläufigen Meinung seien Nanodiamanten nicht dasselbe wie die Diamanten, die Schmuck zieren, sagte Houshyar.
„Sie sind tatsächlich billig herzustellen – billiger als Graphenoxid und andere Arten von Kohlenstoffmaterialien“, sagte sie.
„Obwohl sie eine Kohlenstoffgitterstruktur haben, sind sie viel kleiner. Sie lassen sich auch leicht mit Methoden wie der Detonation oder aus Abfallmaterialien herstellen.“
Wie es funktioniert
Baumwollmaterial wurde zunächst mit einem Klebstoff beschichtet und dann mit einer Polymerlösung aus Nanodiamanten, Polyurethan und Lösungsmittel elektrogesponnen.
Durch diesen Prozess entsteht auf den Baumwollfasern ein Netz aus Nanofasern, das dann ausgehärtet wird, um die beiden zu verbinden.
Die leitende Forscherin und Forschungsassistentin Dr. Aisha Rehman sagte, die Beschichtung mit Nanodiamanten sei absichtlich nur auf einer Seite des Stoffes angebracht worden, um zu verhindern, dass die Wärme in der Atmosphäre zurück auf den Körper übertragen werde.
„Die Seite des Stoffes mit der Nanodiamantbeschichtung berührt die Haut. Die Nanodiamanten übertragen dann Wärme vom Körper an die Luft“, sagte Rehman, die im Rahmen ihrer Doktorarbeit an der Studie arbeitete.
„Weil Nanodiamanten so gute Wärmeleiter sind, geht das schneller als unbehandelter Stoff.“
Für diese Studie wurden Nanodiamanten aufgrund ihrer starken Wärmeleitfähigkeit ausgewählt, sagte Rehman.
Nanodiamanten werden häufig in der IT eingesetzt und können auch dazu beitragen, die thermischen Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gelen zu verbessern und die Korrosionsbeständigkeit von Metallen zu erhöhen.
„Nanodiamanten sind außerdem biokompatibel, also sicher für den menschlichen Körper. Daher haben sie großes Potenzial nicht nur für Textilien, sondern auch im biomedizinischen Bereich“, sagte Rehman.
Während die Forschung noch vorläufig sei, sagte Houshyar, dass diese Methode zur Beschichtung von Textilien mit Nanofasern ein großes kommerzielles Potenzial habe.
„Dieser Elektrospinning-Ansatz ist unkompliziert und kann die Vielfalt der Herstellungsschritte im Vergleich zu zuvor getesteten Methoden, die mit langwierigen Prozessen und der Verschwendung von Nanodiamanten verbunden sind, erheblich reduzieren“, sagte Houshyar.
Weitere Untersuchungen werden die Haltbarkeit der Nanofasern, insbesondere während des Waschvorgangs, untersuchen.
Mehr Informationen:
Aisha Rehman et al., Immobilisierung von Nanodiamanten auf Baumwollgewebe durch Polyurethan-Nanofaserbeschichtungen für Sommerkleidung, Polymere für fortschrittliche Technologien (2023). DOI: 10.1002/pat.6222