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Lila Hightech-Stoff kühlt besser als weiße Baumwolle
Auch dunkle Kleidung könnte künftig passiv kühlen. Ein neu entwickeltes lilafarbenes Nanofasergewebe reflektiert 87,6 Prozent der Sonnenstrahlung und blieb in Freilandtests 4,2 Grad Celsius kühler als weiße Baumwolle. Entscheidend sind ein metallorganisches Gerüstmaterial und Zinkoxid, die Sonnenlicht streuen und Wärmestrahlung effizient abgeben.
Adelaide (Australien). Helle Kleidung ist an heißen Tagen meist im Vorteil, weil sie einen großen Teil des Sonnenlichts zurückwirft. Bei passiv kühlenden Textilien gilt das besonders stark. Sie sollen möglichst wenig Sonnenenergie aufnehmen und zugleich die Wärme des Körpers als Infrarotstrahlung abgeben. Kräftige Farben erschweren diese Kombination, weil ihre Farbstoffe bestimmte Bereiche des sichtbaren Lichts absorbieren.
Violett ist dabei eine anspruchsvolle Farbe. Damit ein Material violett erscheint, muss es unter anderem einen Teil des grünen Lichts aufnehmen, also Strahlung in einem besonders energiereichen Bereich des Sonnenspektrums. Ein Forschungsteam hat nun ein Nanofasergewebe entwickelt, das diese Absorption mit hoher Reflexion in anderen Spektralbereichen verbindet und zugleich Wärme im mittleren Infrarot abstrahlt.
Forscher der Zhengzhou University (ZZU) um Yamin Pan haben dafür eine Mischung aus thermoplastischem Polyurethan, dem violetten metallorganischen Gerüstmaterial ZIF-67 und Zinkoxid-Nanopartikeln versponnen. Beim Elektrospinnen wird eine Polymerlösung in einem elektrischen Feld zu sehr feinen Fasern gezogen. Im untersuchten Material lagen die Faserdurchmesser je nach Variante im Mikrometer- und Submikrometerbereich.
ZIF-67 sorgt nicht nur für die Farbe. Schwingungen seiner Imidazolgruppen und der Kobalt-Stickstoff-Struktur fördern die Abgabe von Wärmestrahlung im mittleren Infrarot. Zinkoxid streut zugleich einfallendes Licht. Die günstigste Materialvariante reflektierte im Mittel 87,6 Prozent der Sonnenstrahlung und erreichte eine Emissivität von 96,4 Prozent im mittleren Infrarot.
„Bisher mussten wir uns zwischen Kühlleistung und Aussehen entscheiden“, erklärt Prof. Jun Ma von der Adelaide University (AU).
Für die Freilandtests verwendeten die Forscher rund 250 Mikrometer dicke Proben mit fünf Zentimetern Kantenlänge. Unter direkter Sonne blieb das neue Gewebe 4,2 Grad Celsius kühler als handelsübliche weiße Baumwolle und 6,2 Grad Celsius kühler als violett gefärbte Baumwolle. Damit bestätigten die Messungen den Vorteil nicht nur gegenüber einer ähnlich gefärbten Vergleichsprobe, sondern auch gegenüber weißem Baumwollstoff.
„Für Beschäftigte im Freien, Sportler und alle, die heißem Wetter ausgesetzt sind, ist Kühlung nicht nur eine Frage des Komforts“, sagt Doktorand Yangzhe Hou von der Adelaide University (AU).
In einem weiteren Versuch bedeckte das Team einen auf 37 Grad Celsius temperierten Hautsimulator mit verschiedenen Stoffen. Mit dem neuen Gewebe lag dessen Temperatur tagsüber zeitweise bis zu 8 Grad Celsius unter der unbedeckten Kontrollfläche. Bei weißer Baumwolle betrug der maximale Unterschied 4,6 Grad Celsius, bei herkömmlicher violetter Baumwolle 2,8 Grad Celsius.
Die Forscher prüften außerdem Eigenschaften, die für tragbare Textilien wichtig sind. Das Nanofasergewebe ließ Wasserdampf ähnlich gut passieren wie weiße Baumwolle, war stark wasserabweisend und behielt seine radiative Kühlleistung nach 50 Waschzyklen. Nach einer beschleunigten UV-Alterung, die die Autoren mit etwa 108 Tagen Außenexposition gleichsetzen, änderten sich Reflexion und Emissivität nur wenig.