Bedenkenswertes + Denkbares

Aus E-Symposion tec-tex: Technische Textilien in interdisziplinärer Sicht
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120601: Thema Spezial-Prüfungen: Geruch: Bionik und Nano- sowie Werkstoff-Technik verbessern die "Elektronische Nase"

KAT.Kategorie mit Erläuterungen Prüfung TecProdukt TexHalbzeug Biomimetic

Hintergrund Das textile Interesse an bombyx-mori-Seide beginnt in der Regel beim Kokon als Faden-Lieferant, obwohl zum Kokon auch die Raupe und deren Eltern, der weibliche und der männliche bombyx-mori-Schmetterling (bmS), gehören. Die Schmetterlinge fanden in den zurückliegenden Jahrzehnten ausserhalb der Textiltechnik, in der Bionik, grosse wissenschaftliche Beachtung, nachdem das Bombykol-Pheromon bekannt wurde und der Nachweis gelang, dass der flugunfähige männliche bmS die vom weiblichen bmS emittierten Bombykol-Moleküle über kilometerweite Entfernungen detektiert. Für diese extreme Sinnesleistung sollen zwei "Antennen" verantwortlich sein, deren Form einer Vogel-Konturfeder [zzIN-IntNet-Beiträge Sme2012] ähnelt und deren "Antennenstäbe" [zzIN-IntNet-Beiträge Vog2012] als "Sensillen" (mikroporösen feintitrigen Fasern vergleichbar) ausgebildet sind. In den Faser-Poren fungieren Dendriten als Sensoren [Fri2003].

Männlicher Bombyx-mori-Schmetterling in Vorderansicht: Riechorgan als konturfeder-förmiges Antennen-Paar [zzIN-IntNet-Beiträge Sme2012]

Der flugunfähige männliche Schmetterling erfasst mit dem Riechorgan den vom Weibchen emittierten Bombykol-Geruch. Wenige Moleküle sollen genügen, um ihn zur "meilenweiten" Suche nach der Pheromon-Quelle zu veranlassen.

Antenne-Sme2012.png


Detailansicht einer konturfeder-förmigen "Antennen"-Oberfläche, die mit mikroporösen Sensillen bestückt ist [zzIN-IntNet-Beiträge Vog2012]

Aus dem angegebenen Bild-Massstab ist zu schliessen, dass die Sensillen-Dicke der Dicke textiler Mikrofasern gleicht. Die Sensillen sind gruppenweise im Schaft verankert.

ElekNaseBionikTNT-Sensillen-Vog2012.png


Nicht-textile technische Anwendung Auf diesem naturgegebenen Nachweis-Verfahren basiert die Konzeption, im offentlichen Raum angesichts global wachsender terroristischer Aktivitäten verstärkt nach dem Standard-Sprengstoff TNT (Trinitrotoluol) zu fahnden. Deshalb muss bei der Untersuchung von Einzelpersonen und Reisegepäck die Nachweisgrenze für TNT verbessert werden. Wegen des sehr geringen TNT-Dampfdrucks lässt sich diese erweiterte Aufgabe nicht allein mit speziell geschulten Hunden lösen. Für ein leistungsfähiges Detektionsverfahren ist eine grosse Poren-Oberfläche in Verbindung mit einer grossen Sensor-Oberfläche unerlässlich.

Technischer Lösungsansatz Die grundlegenden Bemühungen [SCP2012] zur Problemlösung konzentrierten sich auf das seit Jahrzehnten technisch angewandte Prinzip der "Elektronischen Nase", die zBzum Beispiel . in Verbrennungsmotor-Fahrzeugen als Lambda-Sonde weltweit verbreitet ist: Ein spezieller Sensor reagiert mit dem zu detektierenden Gas und verändert abhängig von der angebotenen Stoff-Masse eine seiner Eigenschaften (zBzum Beispiel . Masse, Leitfähigkeit, optische Merkmale) [ZWM2003]. Solche Veränderungen werden erfasst, in ein elektrisches Signal umgesetzt und mittels Kalibrier-Algorithmen quantitativ als Konzentration bzw. als Konzentrationsänderung angegeben.

Für den sicheren, raschen Nachweis von TNT-Molekülen unter robusten Betriebsbedingungen bestimmte einerseits das geringe Angebot erfassbarer Moleküle und andererseits die Forderung nach einer grossen Sensor-Oberfläche die technische Ausführung [SCP2012]: Der Sensor befindet sich auf einem Biegebalken, der mit seiner Eigenfrequenz transversal schwingt. Wenn er die zu detektierenden Moleküle sorbiert und dabei seine Masse vergrössert, verringert sich die Eigenfrequenz. Diese Veränderung lässt sich mikroelektronisch erfassen und für eine Konzentrationsangabe nutzen.

"Elektronische Nase" zum Nachweis von TNT-Sprengstoff: Ansprechverhalten einer Prototyp-Version [SCP2012]

Das Ansprechverhalten wird durch die zeitabhängige Eigenfrequenz-Verringerung charakterisiert, die bei dreiminütiger Einwirkung eines niedrigkonzentrierten TNT-Dampfes bemerkenswert gross sein soll und cazirka 250 Hz beträgt. Erwartungsgemäss verringert sich die Eigenfrequenz nicht, wenn das Titandioxid als Schicht anstatt als Nano-Röhrchen auf dem Biegebalken appliziert ist, so dass die drastische Vergrösserung der Sensor-Oberfläche mittels sehr vieler halm-förmiger Nano-Röhrchen gerechtfertigt erscheint.

ElekNaseBionikTNT-Frequenzverschiebg-SCP2012.png


Aufgrund der vorliegenden positiven Ergebnisse, gekennzeichnet durch die unerwartet grosse Sensitivität und die kurze Ansprechdauer des Systems, erwarten die Autoren [SCP2012] eine baldige technische Realisierung, weil das Verfahren zur Nanoröhrchen-Herstellung offensichtlich technisch beherrschbar ist.


Denkbare Anwendungen aus textiler Sicht Das vorliegende Beispiel einer "elektronischen Nase" illustriert den Leistungszuwachs, den eine langjährig angewandte Analysen-Technik mittels aktueller Erkenntnisse der Bionik, der Nano-Technik und der Werkstoff-Technik gewinnen kann. Im Hinblick auf das Generalthema "Technische TextilienTextilien-Klasse, in der sich sämtliche TecProdukte befinden, jedoch keine Consumer-Textilien. [[Technische Textilien]]; [[Definition-Technische-Textilien]] " könnten - eine anwendungsspezifische Ausstattung der "elektronischen Nase" vorausgesetzt - zBzum Beispiel . folgende aufwendig erscheinende Themen untersuchenswert werden (gegebenenfalls bei erwärmten Proben):

Oberflächengebundene Restkontamination Damit sind Substanz-Reste gemeint, die filmartig oder inselförmig auf der Oberfläche oder in den Poren von Reinraum-Kleidung haften. Dabei kann es sich um ionogene oder nichtionogene Auflagerungen (auch als "molekular" oder "chemisch" bezeichnet) handeln. Partikelförmige Reste ("partikuläre Restkontamination") gehören nicht zu dieser Kategorie und werden separat erfasst.


Weiterführende Informationen

[Fri2003] Frings S: "Sinnesphysiologie - vom Ionenkanal zum Verhalten": "Pheromone - soziale Signale: I. Pheromon-gesteuerte Verhaltensweisen. II. Das vomeronasale Organ". Zyklusvorlesung. Uni Heidelberg, Abtlg. Molekulare Physiologie. 2003. URL: www.sinnesphysiologie.de/

[ZWM2003] Ziegler C; Wiemhöfer H-D; Maier J: "Chemische Sensoren". Bunsen-Mgz. 5 (2003) nr.2; s.31-43.

[SCP2012] Spitzer D; Cottineau TTextil ; Piazzon N et al.: "Ein bioinspirierter nanostrukturierter Sensor für die Detektion von sehr niedrigen Sprengstoffkonzentrationen". Angew. Chem. 124 (2012), 22, 5428–5432.

[zzIN-IntNet-Beiträge Sme2012] Schmetterlinge-Art-mori: "Bombyx-mori-Schmetterling". 05-2012. URL: www.schmetterling-raupe.de/art/mori/

[zzIN-IntNet-Beiträge Vog2012] Vogelfedern: "Federkiel ...". URL: www.vogelfedern.de; 05-2012. URL: www.vogelfedern.de



120428: Thema Spezial-Prüfungen: Biaxiales Kraft-Dehnungs-Verhalten

KAT.Kategorie mit Erläuterungen Siebdruck-Gewebe Prüfung Eignungs-Prüfung T-Stoff Konstruktion Faser-Umlagerung Verformung Verformbarkeit Kriechen Modul TecProdukt

Hintergrund: Beim Siebdruck dient Siebdruck-Gewebe als wesentliches Hilfsmittel, denn es beeinflusst Qualität und Kosten. Deshalb muss das Gewebe mit einstellbarer Kraft und mittels zahlreicher Klemmbacken biaxial und präzis gespannt werden. Dafür verwendet der Siebdrucker Spann-Vorrichtungen unterschiedlicher Ausbau-Stufen.

Denkbare Technik: Eine derartige Spann-Vorrichtung könnte als technische Grundausstattung für einen Biaxial-Püfstand dienen, mit dem sich das Kraft-Verformungs-Verhalten von TecProdukten quantitativ erfassen lässt.

Weiterführende Informationen

[zzk-Kataloge, Ausstellungen, Hauszeitschriften ... NBC2011] NBC, Tokio, Japan; vertreten durch PVF-Vertrieb, D-85464 Neufinsing: "Siebdruckgewebe für Präzisionsdruck".

[zzk-Kataloge, Ausstellungen, Hauszeitschriften ... Sef2012] Sefar, CH-Heiden: Katalog Siebgewebe. 2012.


120305: Thema Agro-Technik: "Schwarz-Erde" (terra preta)

KAT.Kategorie mit Erläuterungen Braunkohlenkoks Geotextil; Filter-Version

Hintergrund: Das Regenwald-Gebiet des Amazonas-Beckens zeichnet sich durch grosse Fruchtbarkeit aus, solange die Wald-Vegetation permanent Nährstoffe liefert. Wenn der Nährstoff-Nachschub wegen Rodung abbricht, verringert sich die Fruchtbarkeit wegen der dünnen Humus-Schicht binnen Jahresfrist drastisch. Ausnahme von dieser Regel, cazirka 5 % der Regenwald-Fläche betreffend: Dort befindet sich anstelle der dünnen Humus-Schicht ein holzkohle-haltiger Boden ("terra preta", Schwarzboden), der dauerhaft Nährstoffe zu speichern vermag und deshalb viel länger die für die Agro-Technik erforderliche Fruchtbarkeit behält. Solche Schwarzböden sind inzwischen zBzum Beispiel . auch in Australien und in Schweden gefunden worden. Ob derartige Holzkohle auf natürlichem Weg entstanden ist (Waldbrände) oder vom Mensch in historischer Zeit gezielt in den Boden eingebracht wurde, ist noch nicht eindeutig geklärt.

Denkbare Technik:

Weiterführende Informationen

[EGE1987] Ehrler, P.; Glöckler, R.; Erken, M. und G. Ritter: "Unterstützung der aeroben biologischen Abwasserreinigung durch Braunkohlenkoks." Korresp.Abwasser 34 (1987) s129-134

[zzp-Patentschriften RiF1990] DE3925428. Rheinbraun AG. "Verfahren zur Aktivierung von Braunkohlenkoks." Pat.1990.

[Mar2001] Martienssen M: "Leistungen immobilisierter Mikroorganismen bei der Eliminierung von Umweltschadstoffen". Habil. Univ Halle-Wittenberg. 2001

[Men2004] Meneses L A: "Utilizacao de geocelulas em reforco de solo mole". Diss. Univ. de Sao Paulo; Escola de Engenharia de Sao Carlos.2004. .

[Bez2006] Bezerra J FFaser R: "Avaliacáo de geotexteis no controle da erosáo superficial a partir de uma estacao experimental, fazenda do gloria." Diss. Universidade Federal de Uberlándia. 2006.

[Bro2009] Brownsort P A: "Biomass pyrolysis processes: performance parameters and their influence on biochar system benefits." Diss. Univ. Edinburgh, GB. 2009.

[Ber2010] Bernhard K: "Nutzdach". DiplArb. Hochsch.Gestaltung und Kunst, CH-Basel. 2010.

[ScD2010] Scott A C; Damblon FFaser : "Charcoal: Taphonomy and significance in geology, botany and archaeology." Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 291 (2010) s1–10.

[TCC2010] Théry-Parisot I; Chabal L; Chrzavzez J: "Anthracology and taphonomy, from wood gathering to charcoal analysis. A review of the taphonomic processes modifying charcoal assemblages, in archaeological contexts." Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 291 (2010) s142–153.

[DZS2011] Downie A E; Zwieten v L; Smernik R J; Morris S; Munroe P R: Terra Preta Australis: Reassessing the carbon storage capacity of temperate soils." Agriculture, Ecosystems and Environment 140 (2011) s137–147


120305: Thema Agro-Technik: Boden-Austrocknungsschutz

KAT.Kategorie mit Erläuterungen Braunkohlenkoks Geotextil; Filter-Version Feuchte-Speicherung

Frage: Eignen sich Geotextilien und flüssigkeitstransportierende TecProdukte - in Verbindung mit Braunkohlenkoks und flüssigkeitsspeichernden Substanzen - zur Vegetationssicherung?

Hintergrund: In Welt-Regionen mit aridem Klima besteht seit langem die Gefahr, dass sich die Wüsten-Gebiete sukzessiv ausbreiten. Dies vollzieht sich zu Lasten der Agro-Nutzflächen, wie das vieldiskutierte Beispiel der riesigen afrikanischen Sahel-Zone lehrt. In solchen Regionen sind aber auch lokale Bereiche gefährdet, zBzum Beispiel . landwirtschaftlich genutzte Flächen im Umfeld von Wadi´s. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der Welternährungsprobleme stellt sich die eingangs formulierte Frage.

Denkbare Technik:

Weiterführende Informationen

[EGE1987] Ehrler, P.; Glöckler, R.; Erken, M. und G. Ritter: "Unterstützung der aeroben biologischen Abwasserreinigung durch Braunkohlenkoks." Korresp.Abwasser 34 (1987) s129-134

[zzp-Patentschriften RiF1990] DE3925428. Rheinbraun AG. "Verfahren zur Aktivierung von Braunkohlenkoks." Pat.1990.

[Men2004] Meneses L A: "Utilizacao de geocelulas em reforco de solo mole". Diss. Univ. de Sao Paulo; Escola de Engenharia de Sao Carlos.2004.

[Bez2006] Bezerra J FFaser R: "Avaliacáo de geotexteis no controle da erosáo superficial a partir de uma estacao experimental, fazenda do gloria." Diss. Universidade Federal de Uberlándia. 2006.

[HAH2006] Hufnagl E; Arnold R; Hoffmann G; Höfer D: "Hohlfilamentgewirke als Auflagen für medizinische/kosmetische Anwendungen". melliand Textilber (2006) nr.1/2

[Ber2010] Bernhard K: "Nutzdach". DiplArb. Hochsch.Gestaltung und Kunst, CH-Basel. 2010.

[TCC2010] Théry-Parisot I; Chabal L; Chrzavzez J: "Anthracology and taphonomy, from wood gathering to charcoal analysis. A review of the taphonomic processes modifying charcoal assemblages, in archaeological contexts." Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 291 (2010) s142–153
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