Ein an der Rice University entwickeltes Material dekontaminiert seine Oberfläche in wenigen Sekunden und bietet neue Möglichkeiten bei PSA. Mithilfe von elektrischem Strom erwärmt es seine Außenfläche schnell auf über 100 Grad Celsius. Auf der Rückseite bleibt es nahe der normalen Körpertemperatur.
„Der sprunghafte Anstieg der Abfälle und die Probleme, die durch Engpässe in der Lieferkette während der Corona-Pandemie verursacht wurden, haben uns den Bedarf an wiederverwendbaren Handschuhen und anderer Schutzausrüstung bewusst gemacht“, unterstreicht Entwickler Marquise Bell die Ausgangssituation. Die Studie ebnet den Weg für eine systemische Abkehr von Einweg-PSA.
Erhitzung durch Joule-Erwärmung
Die Oberfläche des Materials wärmt sich durch elektrische Energie in Sekundenschnelle auf mehr als 100 Grad Celsius auf. „Das Material muss heiß genug werden, um Viren effektiv abzutöten, aber nicht so heiß, dass es Verbrennungen oder Beschwerden beim Benutzer verursacht. Wir haben Sicherheitsmechanismen eingebaut, um sicherzustellen, dass Letzteres nicht passiert“, so Bell. „Das Beste daran ist, dass man zum Reinigen nicht einmal Handschuhe oder andere PSA ausziehen muss. Mit diesem Material können Sie die Dekontamination in Sekundenschnelle durchführen, sodass Sie sich wieder Ihrer eigentlichen Aufgabe widmen können.“
Im Vergleich zu anderen Dekontaminationsmethoden ist trockene Hitze in der Regel sowohl zuverlässig als auch weniger anfällig für Schäden an der Schutzausrüstung (PSA). Die Herstellung von Wearables, die sich schnell auf die richtige Temperatur erwärmen, erfordert jedoch viel Arbeit. Das neue Material ist an der Außenseite mit einem Geflecht aus feinen Widerstandsdrähten durchsetzt, die sich erhitzen. Eine Wärmeisolationsschicht verhindert, dass die Hitze auf das Innere durchschlägt. Angesichts des Temperaturunterschieds zwischen seiner Außen- und Innenfläche ist das Material überraschend geschmeidig und leicht.
„Ich habe Mechanik, Thermodynamik und Wärmeübertragungsprozesse von weichen Materialien untersucht, die für Schutzkleidung eingesetzt werden könnte“, sagt Bell, der durch ein NASA-Stipendium für Space Technology Graduate Research Opportunities finanziert wird. „Raumanzüge zum Beispiel bestehen aus vielen Schichten. In den innersten Schichten findet ein Großteil der Funktionalität statt, nahe am menschlichen Körper. Dann gibt es viele wärmeisolierende Schichten dazwischen, abgerundet durch festere, schützendere Schichten an der Außenseite des Anzugs.“ Dieses Prinzip hat Bell zusammen mit seinem Kollegen Daniel Preston auf das Handschuhmaterial angewendet.
Originalpublikation:
Rapid In Situ Thermal Decontamination of Wearable Composite Textile Materials; Marquise D. Bell, Kai Ye, Te Faye Yap, Anoop Rajappan, Zhen Liu, Yizhi Jane Tao, and Daniel J. Preston; IN: ACS Applied Materials & Interfaces Article ASAP; September 11, 2023; DOI: 10.1021/acsami.3c09063