Verwobene Fasern leuchten blau und gelb

Mit leuchtenden Fasern, die sich leicht in Textilien verweben lassen, könnten lichtspendende Vorhänge oder bei Dunkelheit gut sichtbare Sicherheitskleidung bald Wirklichkeit werden. Für solche Produkte entwickelten Forscher nun blau und gelb leuchtende Fasern, die etwa so viel Licht wie ein abgedimmter Notebookmonitor aussenden können. Wie das Team in der Fachzeitschrift „Nature Photonics“ berichtet, nutzte es dazu sogenannte lichtemittierende, elektrochemische Zellen, kurz LECs. Diese Technologie ist nicht mit herkömmlichen Leuchtdioden – also LEDs – identisch, bei denen das Licht in kleinen, starren Halbleitermodulen erzeugt wird.

Lichtaktive Polymere

„Unsere LEC-Faser leuchtet in alle Richtungen und ist dabei leicht und flexibel“, beschreiben Zhitao Zhang und seine Kollegen von der Fudan Universität in Shanghai ihren Prototyp. Dazu umhüllten sie einen extrem dünnen Stahldraht zuerst mit einer Schicht aus Zinkoxid-Nanopartikeln. Diesen Draht tauchten sie in eine Flüssigkeit mit lichtemittierenden Polymeren wie beispielsweise Lithiumtrifluoromethansulfonat. Nachdem diese getrocknet waren, musste die gesamte Faser noch mit einer leitfähigen und durchsichtigen Elektrode ummantelt werden. Die Forscher wählten dazu ein hauchdünnes Netz aus Kohlenstoffnanoröhrchen, das sie straff um die Leuchtfaser wickelten.

Abhängig von den verwendeten Leuchtpolymeren strahlten die flexiblen Fasern entweder gelb oder blau. Elektrische Spannungen zwischen sechs und zwölf Volt reichten aus, um eine Lichtstärke von 125 Candela pro Quadratmeter zu erhalten. Mit ihrem Stahlkern waren die Fasern flexibel und stabil genug, um zu einem groben Gewebe verflochtet zu werden. Auch mehrfaches Verbiegen hatte keinen Einfluss auf das relativ helle Leuchten.

Für den Dauerbetrieb sind diese Leuchtfasern allerdings bisher nicht geeignet. Denn schon nach vier Stunden halbierte sich die emittierte Lichtstärke wegen der geringen Haltbarkeit der verwendeten Polymere. Doch dieses Problem könnte mit anderen Substanzen und einer schützenden Hülle in Zukunft beseitigt werden. Auch andere Farben statt blau und gelb wären möglich. Aber bevor leuchtende Vorhänge oder Jacken gefertigt werden können, müsste auch das Produktionsverfahren – insbesondere das Aufwickeln des Nanoröhrchennetzes – an große Mengen angepasst werden.

Nicht nur die Arbeitsgruppe um Zhang setzt auf LECs für zukünftige Lichtquellen. So gelang es dem Team um Ludvig Edman von der schwedischen Universität Umeå schon vor drei Jahren, eine LEC-Leuchttapete herzustellen. Mit einem Rolldruckverfahren, das Edmans Kollegen von der Technischen Universität von Dänemark in Roskilde entwickelt hatten, deponierte man ein lichtaktives Polymer zwischen flexiblen Plastikelektroden. Bei Betriebsspannungen von bis zu zehn Volt wanderten die Polymerionen zwischen den Elektroden und erzeugten dabei ein grüngelbes Licht mit einer Intensität von 150 Candela pro Quadratmeter. Edman hält aufgrund der Lichtausbeute von kleineren Testmodulen mit den gleichen lichtaktiven Polymeren auch deutlich hellere Leuchtfolien für machbar. Auch andere Farben sowie weißes Licht seien mit anderen Substanzmischungen prinzipiell möglich. Von diesen Ergebnissen könnte dann auch die weitere Entwicklung leuchtender Fasern profitieren.