Wärmereflexion

 

Transparent-leitfähige Oxide, sogenannte TCOs, sind Oxide mit ungewöhnlichen Eigenschaften, da sie neben der Transparenz im Bereich des sichtbaren Lichtes auch, was für Oxide eher ungewöhnlich ist, hohe elektrische Leitfähigkeiten zeigen. Diese Eigenschaftskombination macht die Materialien prädestiniert für Anwendungen wie TFT-Displays, OLEDs (organische LEDs) oder Solarzellen – also Anwendungen in denen ein transparentes Elektrodenmaterial benötigt wird. Neben der Leitfähigkeit zeigen die TCOs aber auch eine geringe Transparenz im Bereich der IR-Strahlung und eine je nach Qualität hohe Reflexion der IR-Strahlung, weshalb sie auch für wärmereflektierendes Fensterglas eingesetzt werden. Die Applikation von TCOs auf die unterschiedlichen Substrate erfolgt technisch über aufwändige Vakuumverfahren, was eine Anwendbarkeit für den Bereich Textil einschränkt.

Das vorliegende Forschungsprojekt zeigt Möglichkeiten zur einfachen, nass-chemischen Ausrüstung von Textilien mit transparenten, Wärme reflektierenden Beschichtungen auf Basis von TCOs auf. Aus kommerziell verfügbaren, partikulär vorliegenden TCO-Materialien und geeigneten Bindersystemen können Komposite hergestellt werden, die sich über einfache Tauchbeschichtungsprozesse auf textile Substrate (z.B. Gewebe, Membranen) applizieren lassen. Die eingehende Charakterisierung der Beschichtungen mittels UV-VIS-NIR-Spektroskopie zeigt, dass die Beschichtungen/Ausrüstungen bei gleichzeitig hohen Transmissionsgraden für sichtbares Licht Infrarot-, also Wärmestrahlung sehr stark blocken. Die Transmissionsgrade für sichtbares Licht liegen z.T. bei Werten ≥90 %, wobei die Transmission für IR-Strahlung ab ca. 1600 nm auf < 2% Prozent gesenkt werden kann. Von besonderem Interesse ist dabei, dass bei der aktuell besten Variante bei 2,5µm etwa 30 % der Wärmestrahlung reflektiert werden. Auch längerwellige Infrarotstrahlung wird von den Beschichtungen reflektiert, so dass z.B. Körper- oder Heizungswärme von den beschichteten Materialien zurückgestrahlt werden kann.

Nach der Beschichtung mit einem Komposit mit transparent-leitfähigen Oxiden reflektiert die textilie Membran (Mitte),
im Gegensatz zur unbeschichteten (links) Körperwärme in hohem Maße.
Rechts ist der Messaufbau schematisch dargestellt.


Neben den optischen Eigenschaften zeigen die Ausrüstungen auch die für TCO’s typische elektrische Leitfähigkeit, so dass entsprechend ausgerüstete Materialien z.B. exzellente antistatische Eigenschaften aufweisen. Die vergleichsweise hohen Leitfähigkeiten könnten aber auch für Anwendungen im Bereich Mikroelektronik oder Sensorik von Interesse sein.

Mit Beschichtungen, die im Rahmen des Projektes hergestellt werden konnten, wurden Emissivitäten bis hinunter zu Emmissionsgrad = 0,57 erreicht. Mit metallisierten Oberflächen können zwar niedrigere Werte erreicht werden, die gleichzeitig hohe Transparenz im Sichtbaren können metallische Schichten aber nicht gewährleisten.

Angaben zum Forschungsvorhaben:

Forschungsthema: Wärmeschützende Bautextilien
IGF-Vorhaben Nr. 17861N
Laufzeit: 01.02.2013 - 31.05.2015

 

Ansprechpartner: Dr. Torsten Textor, Tel.: +49-203/379-8221, E-Mail: textor@dtnw.de