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Aerogele gelten als die besten Wärmeisolatoren der Welt. Dieses sehr leichte synthetische Material, das unter anderem zur Isolierung von Gebäuden verwendet wird, kann nun auch für die Herstellung von Kleidung für extreme Kälte verwendet werden. Dies verdanken wir einem chinesischen Forscherteam, das sich bei der Entwicklung einer neuen Textilfaser vom Fell der Eisbären inspirieren ließ.
Eine Faser, die das Fell eines Eisbären nachahmt, so warm wie eine Daunenjacke und fünfmal dünner ist, ist das Material, das ein chinesisches Forscherteam kürzlich entwickelt hat. Ihre Studie, die am 21. Dezember in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, enthüllt eine Faser, die aus Aerogel hergestellt wird, einem synthetischen Material, das sehr leicht ist und die Wärme speichert.
Aerogele sind die weltweit besten Materialien zur Wärmeisolierung. Dennoch eignen sie sich nur schlecht für die Herstellung von Kleidung. Sie sind extrem brüchig und zerbrechlich und lassen sich nicht weben. Ein weiteres Problem ist, dass sie beim Waschen oder in einer feuchten Umgebung ihre isolierenden Eigenschaften verlieren.
Um die Grenzen des Aerogels zu überwinden und seine Verwendung für die Herstellung von Kleidungsstücken zu ermöglichen, ließen sich die Forscher vom Fell des Eisbären inspirieren.
Um den eisigen Temperaturen in der Arktis zu widerstehen, hat der Eisbär ein Fell, das aus zwei Schichten besteht. Die erste Schicht besteht aus langen, steifen, hohlen Haaren und die zweite, hautnahe Schicht ist ein dichter Flaum.
Für das Forschungsteam war die erste Schicht die Inspirationsquelle für die Entwicklung eines Aerogel-Textilgarns. „Eisbärenhaare haben einen porösen Kern und eine dichte Struktur, um Wärmeverlust zu verhindern. Diese strukturellen Merkmale trennen die wärmeisolierende Funktion und die mechanische Festigkeit der Haare voneinander, was unser Design und die Vorbereitung der synthetischen Fasern inspiriert hat“, erklären die Forscher in ihrem Artikel.
Die Forscher verkapselten daraufhin Aerogelfasern in einer synthetischen Hülle aus thermoplastischem Polyurethan, das für seine Festigkeit und Elastizität bekannt ist, und konnten so eine flexible Textilfaser herstellen, ohne Abstriche bei den wärmeisolierenden Eigenschaften machen zu müssen. Die Wissenschaftler strickten dann einen Pullover unter Verwendung dieser neu geschaffenen verkapselten Aerogelfasern (FAE).
Um die Isolierfähigkeit ihrer Kreation zu überprüfen, führten sie anschließend Vergleichstests an einem Freiwilligen durch, der mit verschiedenen Kleidungsstücken (Aerogel-Pullover, Daunenjacke, Baumwollpullover und Wollpullover) bekleidet und in einer Kältekammer bei -20°C eingesperrt war. Die Wissenschaftler maßen die Oberflächentemperaturen der einzelnen Kleidungsstücke. Während der Baumwollpullover, der am wenigsten isoliert, eine Oberflächentemperatur von 10,8 °C aufwies (was den Verlust von Körperwärme widerspiegelt), zeigte der Aerogel-Pullover nur eine Oberflächentemperatur von mageren 3,5 °C an. Ein vergleichbares Ergebnis wie bei der Daunenjacke (3,8°C), aber bei einer fünfmal geringeren Dicke. Und selbst nach dem Waschen behielt die eingekapselte Aerogelfaser ihre wärmeisolierenden Eigenschaften.
Allerdings sollten sich Polar-Fashionistas und Frostbeulen nicht zu früh über diese vielversprechenden Ergebnisse freuen. Kleidung aus verkapselten Aerogelfasern wird wohl kaum bald in den Schaufenstern großer Handelsketten oder Sportgeschäfte zu finden sein. Die Herstellung der Faser erfordert nämlich viel Zeit und Energie, um marktfähig zu sein, und ist daher besonders teuer. Obwohl die Forscher, die hinter dieser Technologie stehen, noch an der Lösung dieses Problems arbeiten, dürfte die verkapselte Aerogelfaser in erster Linie in technischer Kleidung für das Militär oder die Raumfahrt Verwendung finden.
Mirjana Binggeli, PolarJournal
Link zur Studie: Mingrui Wu, Ziyu Shao, Nifang Zhao, Rongzhen Zhang, Guodong Yuan, Lulu Tian, Zibei Zhang, Weiwei Gao, and Hao Bai, Biomimetic, knittable aerogel fiber for thermal insulation textile, Science 382 (6677), DOI: 10.1126/science.adj8013, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj8013