Kleidung als Klimaanlage

Im Winter vermeiden Jogger warme Kleidung, um nach wenigen Kilometern nicht zu sehr ins Schwitzen zu kommen. Dafür nehmen sie in Kauf, dass sie zu Beginn frieren. Dieses Problem wollen Materialforscher nun mit einer neuartigen Textilfaser lösen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, hält ein neu entwickelter Stoff einen kühlen Körper warm und kühlt einen warmen Körper zunehmend besser, je mehr dieser schwitzt. Verantwortlich dafür sind beschichtete Fasern, die ihre Durchlässigkeit für die von Menschen abgestrahlte Wärme selbst regulieren.

„Der menschliche Körper ist eine perfekte Heizung“, sagt Min Ouyang von der University of Maryland in College Park. „Seit jeher regulieren wir diese Heizung, indem wir mehr oder weniger Kleidung tragen.“ Doch eine neue Textilfaser, die Quyang gemeinsam mit seinen Kollegen entwickelte, kann ihre thermischen Eigenschaften nun selbst regulieren. Dafür entwickelten die Forscher zunächst einen Stoff aus zwei Fasertypen – aus hydrophobem Triacetat, das Wasser abstößt, und hydrophiler Zellulose, die stark mit Wasser wechselwirkt. Mit zunehmender Feuchtigkeit, wie sie beim Schwitzen entsteht, zog sich die Faser zusammen, die Maschen des Stoffes öffneten sich und Wärme konnte austreten. Beim Trocknen dehnte sich die Faser wieder aus.

Allein dieser Effekt kann schon zur Wärmeregulierung beitragen. Doch Ouyang und seine Kollegen optimierten ihren Stoff zusätzlich mit einer hauchdünnen Beschichtung aus Kohlenstoffnanoröhrchen. Öffneten sich die Maschen durch die Feuchtigkeit, vergrößerte sich auch der Abstand zwischen den beschichteten Fasern. Dadurch veränderte sich das Absorptionsverhalten für infrarote Wärmestrahlung: Der Stoff mit geweiteten Maschen ließ bevorzugt Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa zehn Mikrometern durch. Ein schwitzender menschlicher Körper gibt vor allem in diesem Wellenlängenbereich Wärmestrahlung ab.

Zahlreiche Versuche der Forscher zeigten, dass ihr beschichteter Stoff im feuchten Zustand etwa 35 Prozent mehr Wärme durchließ als im trockenen Zustand und dadurch kühlte. Der trockene Stoff blockierte die Körperwärme wieder stärker, wodurch der Stoff zunehmend wärmte. Abhängig von der Feuchtigkeit wandelte sich das thermische Verhalten des Stoffes sehr schnell. Bisher haben die Wissenschaftler ihre Fasern zu einem etwa einen halben Quadratmeter großen Stoffstück verwoben. Ließe sich ein günstiges Verfahren für die Beschichtung mit Kohlenstoffnanoröhrchen entwickeln, könnte zukünftig Sportbekleidung aus diesem Stoff kühlend wirken, bevor es einem Jogger zu warm wird.