Wissenschaftliche Grundlagen für die Konstruktion von textilen Wärmekollektoren auf Basis des Eisbärenhaarprinzips

Im Forschungsvorhabens wurden Ansätze zur technischen Umsetzung des von Tributsch und anderen postulierten Prinzips des Eisbärenhaars untersucht, um so die Herstellung transluzenter Wärmekollektoren als neue textile Produkte zu erlauben. Die grundlegenden optischen Funktionen des Eisbärenhaares sind nach Tributsch (a) Streuung (quer) einfallenden Lichtes in das Haar, (b) wellenlängenverschobene Lumineszenz, d.h. Fluoreszenz, und (c) Transport des lumineszenten bzw. gestreuten Lichtes Erste Untersuchungen galten der Lichtwellenleiter-(LWL)-Funktion, die abhängig vom verfolgten Konzept durch den konventionellen bzw. durch den biomimetisch modifizierten Polymer zu leisten war. Die Messungen ergaben, dass die erforderliche Lichtleitung nur durch unmodifizierte Faserpolymere geleistet wurde, da die optische Dämpfung der modifizierten Fasern/Monofile aufgrund starker Streueffekte extrem hoch ausfällt. Insbesondere amorphe Faserpolymere wie PMMA, PC oder PS zeigen eine außerordentlich geringe optische Dämpfung. Typische „textile“ Faserpolymere wie PET zeigen durch ihre teilkristalline Struktur Transportverluste aufgrund der Lichtstreuung aus der Faser heraus. Auf Basis dieser Ergeb­nisse wurde in der weiteren experimentellen Arbeit lediglich das biomimetische Konzept einer lumineszent beschichteten Faser verfolgt. So konnten Fasern bzw. Monofile hergestellt werden, die die geforderten Eigenschaften Streuung in die Faser, Lumineszenz und LWL-Eigenschaft leisteten. Derartige Fasern/Monofile konnten sowohl auf Basis von PMMA als auch PET hergestellt werden. Durch die Unterstützung der Farbstoffdispergierung durch Ultraschall gelang im Fall des PMMA-basierten Systems die Auskopplung des reinen Lumineszenzspektrums der Farbstoffe. Es wurden kleinflächige Wärmekollektormodelle hergestellt, in die die biomimetischen Systeme eingebunden waren. Das Konzept ist z.B. durch Einbindung der beschriebenen Fasern/Monofile in ein herkömmliches Kettfadensystem industriell umsetzbar. Konzepte zur Kopplung der Fasern/Monofile im Interesse einer gemeinsamen Auskopplung des Lumineszenzlichtes und nachfolgender Energiekonversion in Wärme oder Elektrizität wurden untersucht.


lichtsammelndes Gewebe

Angaben zum Forschungsvorhaben:
Wissenschaftliche Grundlagen für die Konstruktion von textilen Wärmekollektoren auf Basis des Eisbärenhaarprinzips
IGF-Vorhaben Nr. 15479 N
Kooperationvorhaben mit dem Institut für Textilchemie und Chemiefasern, Denkendorf
Laufzeit: 01.02.2005 bis 31.05.2007
Ansprechpartner: Dr. Thomas Bahners, Tel.: +49-2151-843-2016, e-Mail: bahners@dtnw.de

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