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Laufen wir bald als Leuchtreklame herum?

Chinesische Forscher haben es erstmals geschafft leuchtende Fasern herzustellen. Dabei sprechen wir nicht von Glasfasern, die Licht von einem zum anderen Ende leiten. Diese neue Fasern emittieren selbst das Licht auf der gesamten Länge. Dies funktioniert, weil die Faser selbst eine elektrochemische Zelle ist. Durch Anlegen einer Spannung von 13 Volt fängt die Faser an zu leuchten.

Eine Faser besteht dabei aus drei wesentlichen Elementen. Im inneren der Faser befindet sich ein dünner Stahldraht auf den mittels dip-coating eine sehr dünne Schicht aus Zinkoxid Nanopartikel aufgebracht wurde. Diese Schicht wird als Anode fungieren.

Im nächsten Schritt wurde ebenfalls im dip-coating Verfahren die elektrolumineszente Polymerschicht aufgetragen. Diese besteht aus drei Bestandteilen: zum einen dem lichtemittierenden Polymer, einem ethoxylierten Trimethylpropantriacrylat und Lithiumtriflat.

Schlussendlich wurde die Faser mit gleichgerichteten Kohlenstoffnanoröhren ummantelt, diese bilden die Kathode. Der gesamte Aufbau ist in Abbildung 1 auch noch einmal schematisch dargestellt.

Adapted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature Photonics doi:10.1038/nphoton.2015.37, copyright 2015

Abbildung 1: (a) Schichtaufbau der Faser (b) Methode zur Ummantelung der Polymerschicht mit Nanotubes (c) PLEC in Aktion. Adapted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature Photonics doi:10.1038/nphoton.2015.37, copyright 2015

Wird an die Faser eine Spannung angelegt kommt es zum Elektronentransfer von der Kathode zur Anode, bei dem Transfer durch das Polymer kommt es dabei zur Emission von Licht. Die Forscher haben bis jetzt Polymer für blaues und gelbes Licht gefunden. Prinzipiell sollten aber alle Farben darstellbar sein. Auch das verweben der neuartigen Fasern, welche zur Zeit in einer Länge von wenigen Centimetern hergestellt werden können, ist kein Problem. Die Leuchtkraft nimmt nach 100 engen Faltungen gerade mal um 10% ab.

Abbildung 2: (e)-(h) Blaue Faser bei unterschiedlichen Spannungen (6-9 Volt) (i)-(k) Blaue und Gelbe Fasern. Adapted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature Photonics doi:10.1038/nphoton.2015.37, copyright 2015

Abbildung 2: (e)-(h) Blaue Faser bei unterschiedlichen Spannungen (6-9 Volt) (i)-(k) blaue und gelbe Fasern. Adapted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature Photonics doi:10.1038/nphoton.2015.37, copyright 2015

Damit diese Fasern jedoch effektiv verwendet werden können muss noch ein großes Problem gelöst werden. Im Moment können die Fasern nur für eine kurze Zeit Leuchten. Nach 21 min Betriebsdauer kommt es zur maximalen Helligkeit, danach nimmt diese innerhalb von 4 Stunden um die Hälfte ab.

Literatur:

„Flexible polymer threads set to light up clothing | Chemistry World“. Zugegriffen 24. März 2015. http://www.rsc.org/chemistryworld/2015/03/light-emitting-polymer-threads-could-enliven-clothing.

„scinexx | Leuchtende Kleidung rückt näher: Neuartige lichtemittierende Fasern könnten bald Textilien zum Leuchten bringen – Licht, Fasern, Leuchtfasern – Licht, Fasern, Leuchtfasern, Physik, Textilien, Kleidung, Nanoröhrchen, Polymer, Leuchtdioden, Jahr des Lichts“. Zugegriffen 24. März 2015. http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-18701-2015-03-24.html.

Zhang, Z., Guo, K., Li, Y., Li, X., Guan, G., Li, H., Luo, Y., Zhao, F., Zhang, Q., Wei, B., Pei, Q., & Peng, H. (2015). A colour-tunable, weavable fibre-shaped polymer light-emitting electrochemical cell Nature Photonics DOI: 10.1038/nphoton.2015.37.

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