Seit Längerem versuchen Materialwissenschaftler, Textilien aus Aerogelen herzustellen. Diese bereits 1931 entwickelten Werkstoffe tragen ihren Namen, weil bei ihrer Herstellung die Flüssigkeit in Gelen durch Gase ausgetauscht wird (Sol-Gel-Verfahren). Aerogele verfügen über eine exzellente Wärmedämmung, weil sie durch diesen Prozess sehr porös sind und extrem wenig Wärme leiten. Die Nasa verwendet diese Materialien daher für ihre Raumfahrzeuge. Fasern aus Aerogelen sind jedoch in der Regel sehr zerbrechlich und eignen sich daher bislang nicht für die Verarbeitung in Textilien. Ihnen fehlen die nötige Festigkeit und Dehnbarkeit, um sie zu praktischen Kleidungsstücken zu weben oder zu stricken. Zudem sind Aerogelfasern nicht maschinenwaschbar und verlieren bei Feuchte ihre isolierende Wirkung. Auch Versuche, verschiedene Aerogele oder Aerogelfasern in niedrigen Konzentrationen mit anderen Materialien zu kombinieren, ergaben bislang nur Textilien mit eher schlechter Wärmedämmung.
Vorbild Eisbärenfell
Um diese Makel zu überwinden, hat eine Forschungsgruppe um Mingrui Wu von der Zhejiang-Universität in Hangzhou nach Vorbildern für robuste Isolierfasern in der Natur gesucht. Denn viele Tiere in sehr kalten Gegenden besitzen ein spezielles Fell, das sie gleichzeitig wärmt und trocken hält. Dazu zählen etwa Eisbären, deren dämmendes Fell aus Haaren mit einem porösen, weitgehend hohlen Kern und einer dichten Schale besteht. Die Haare sind dadurch flexibel und zugleich robust, schließen Luft effektiv ein und halten Feuchte draußen.
Diesen Aufbau haben Wu und seine Kollegen im Labor nachgebaut. Mit einer sogenannten Gefrierspinn-Methode stellten sie zunächst Polymer-Aerogelfasern mit zahllosen winzigen lamellenförmigen Hohlräumen her. Dafür pressten sie die Polymer-Lösung langen gefrorenen Stangen. Diese gefriertrockneten die Wissenschaftler und umhüllten sie anschließend mit einer dünnen, dehnbaren Gummischicht, die sie durch Wärme trocknen ließen. Für die Kernfasern verwendeten die Forschenden verschiedenfarbige Chitosan-Aerogele, für die Hülle ein transparentes thermoplastisches Polyurethan. Das Resultat waren farbige eingekapselte Aerogelfasern (EAF), deren Aufbau unter dem Mikroskop den Haaren von Eisbären ähnelten.
Dehnbarer und wärmender Pullover aus Aerogelfasern
Anschließend testeten die Wissenschaftler die Eigenschaften dieser neuartigen Fasern. Das Ergebnis: Sie isolieren und dämmen Wärme hervorragend und sind zugleich wasserabweisend, robust und flexibel. Am besten waren die Ergebnisse, wenn die Schutzschicht 80 Mikrometer dick war und die innere Aerogelfaser einen Durchmesser von 600 Mikrometern aufwies. Eine solche Faser kann beispielsweise bis auf das Tausendfache ihrer ursprünglichen Länge gedehnt werden, ohne dabei zu reißen, auszuleiern oder ihre isolierende Wirkung zu verlieren, wie das Team berichtet. Zum Vergleich: Traditionelle Aerogelfasern können nur um etwa zwei Prozent gedehnt werden. Eine einzelne Faser mit einem Durchmesser von 500 Mikrometer war zudem in der Lage, ein Gewicht von 500 Gramm zu tragen, ohne zu reißen.
