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====120601: Thema ''Spezial-Prüfungen'': Geruch: Bionik und Nano- sowie Werkstoff-Technik verbessern die "Elektronische Nase"====

KAT. [[Prüfung]] [[TecProdukt]] [[TexHalbzeug]] [[Biomimetic]]

*'''Frage''': Eignen sich neuartige "Elektronische Nasen" besonders hoher Leistungsfähigkeit für die weitergehende Analyse von Oberflächen-Eigenschaften Technischer Textilien? 

'''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-Sme2012] ähnelt und deren "Antennenstäbe" [zzIN-Vog2012] als "Sensillen" (mikroporösen feintitrigen Fasern vergleichbar) ausgebildet sind. In den Faser-Poren fungieren Dendriten als Sensoren [Fri2003]. 

{{image|Antenne-Sme2012.png|''Männlicher Bombyx-mori-Schmetterling in Vorderansicht: Riechorgan als konturfeder-förmiges Antennen-Paar'' [zzIN-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.|200px}} 

{{image|ElekNaseBionikTNT-Sensillen-Vog2012.png|''Detailansicht einer konturfeder-förmigen "Antennen"-Oberfläche, die mit mikroporösen Sensillen bestückt ist'' [zzIN-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.|180px}} 

'''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 zB. 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 (zB. 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. 
*Folgende Zirka-Angaben illustrieren den mechanischen Aufbau: 
**Biegebalken ("Micro-Cantilever"): Silizium: 200 µm Länge, 30 µm Breite. Unbekannte Eigenfrequenz. 
**Sensor-Substanz ("chemischer Sensor" [ZWM2003]): Titandioxid (wegen grosser Sensitivität gegenüber TNT). 
**Sensor-Geometrie: Nano-Röhrchen (Halmen vergleichbar) mit den Abmessungen: 2 µm Länge; 0,1 µm Aussen-Durchmesser; 0,06 µm Innen-Durchmesser. 
**Packungsdichte: 0,5 Millionen Nano-Röhrchen je Biegebalken; die Röhrchen stehen in dichter Packung halm-förmig auf dem Biegebalken. 
**Verfügbare Oberfläche des technischen Systems: ca 80fache Oberfläche des bmS-Organs. 

{{image|ElekNaseBionikTNT-Frequenzverschiebg-SCP2012.png|''"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 ca 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.|200px}} 

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 Textilien" könnten - eine anwendungsspezifische Ausstattung  der "elektronischen Nase" vorausgesetzt - zB. folgende aufwendig erscheinende Themen untersuchenswert werden (gegebenenfalls bei erwärmten Proben): 
*Identitätsprüfung bei aufeinanderfolgenden Partien präparierter/avivierter T-Fasern und Garne. 
*Rest-Hilfsmittelgehalt gewaschener Rohware, insbesondere bei Präzisions-Geweben und bei T-Stoffen, die anschliessend beschichtet werden. 
*Gehalt an Ölnebel-Spuren, die sich bei der Ölnebel-Schmierung von Textilmaschinen-Komponenten auf der Roh-Ware ablagern können. 
*"Eigengeruch" von Fahrzeug-Textilien, Büromöbel-Textilien und Krankenhaus-Matratzen.
*Zeit- und temperaturabhängiges Fogging-Verhalten von Fahrzeug-Textilien. 
*Dekontaminierte Reinraum-Kleidung: Restgehalt oberflächengebundener Substanz-Reste, auch nach einer Sterilisations-Behandlung. 

{{er|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.}}


{{er|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 T; Piazzon N et al.: "Ein bioinspirierter nanostrukturierter Sensor für die Detektion von sehr niedrigen Sprengstoffkonzentrationen". Angew. Chem. 124 (2012), 22, 5428–5432. 

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

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





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

KAT. [[Siebdruck-Gewebe]] [[Prüfung]] [[Eignungs-Prüfung]] [[T-Stoff]] [[Konstruktion]] [[Faser-Umlagerung]] [[Verformung]] [[Verformbarkeit]] [[Kriechen]] [[Modul]] [[TecProdukt]] 

*'''Frage''': Eignen sich die für Siebdruck-Gewebe verwendeten handelsüblichen Spann-Vorrichtungen für den Eigenbau eines Prüfstands, der das ''biaxiale'' Kraft-Dehnungs-Verhalten von TecProdukten ermittelt? 

'''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.  

{{er|Weiterführende Informationen|

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

[zzk-Sef2012] Sefar, CH-Heiden: Katalog Siebgewebe. 2012.}}


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

KAT. [[Braunkohlenkoks]] [[Geotextil; Filter-Version]]

*'''Frage''': ''Eignen sich Geotextilien in Verbindung mit kostengünstigem Braunkohlen-Koks (BKK) zur dauerhaften Speicherung von Pflanzen-Nährstoffen?''
 
'''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, ca 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 zB. 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''': 
*''Braunkohlenkoks (BKK)'' als "Holzkohle-Ersatz. Anzustrebende Funktion: dynamisches Nährstoff-Depot. BKK liegt als pulverartig bis granulatartig geformte Teilchen-Schüttung vor; nutzbare aktive Oberfläche: ca 300 Quadratmeter/Gramm; vorwiegend Meso- und Makro-Poren. 
*''Geotextil'': als Langzeit-Trägermaterial für eine BKK-Schicht; ausschwemmsichere Teilchen-Lagerung (zB. mittels Kissen-Konstruktion) bei dauerhafter Porosität (für die Wurzel-Verankerung erforderlich). 
 
{{er|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-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 F 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 F: "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. [[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, zB. landwirtschaftlich genutzte Flächen im Umfeld von Wadi´s. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der Welternährungsprobleme stellt sich die eingangs formulierte Frage. 

'''Denkbare Technik''': 
*''Braunkohlenkoks (BKK)'' als "Holzkohle"-Gerüst. Zusätzliche anzustrebende Funktionen: dynamisches Nährstoff-Depot, Biofilm-Träger. BKK liegt als pulverartig bis granulatartig geformte Teilchen-Schüttung vor; nutzbare aktive Oberfläche: ca 300 Quadratmeter/Gramm; vorwiegend Meso- und Makro-Poren. 
*''Flüssigkeitsspeichernde Substanz: zB. ortsfest positionierte Superabsorbent-Polymer-Teilchen (SAP) (wobei störende Gel-Bildung durch geringe lokale Teilchen-Dichte verhindert werden müsste) oder eine Spezial-Faser oder verrottungsfeste Pflanzen-Teilchen (zB. Manilahanf-Abfälle).
*''Flüssigkeitstransportierendes TecProdukt: für die gesteuerte Feuchte-Zufuhr: zB. "Hohlfilament"-Maschen-Stoff. 
*''Geotextil'': als Langzeit-Trägermaterial für die BKK-Schicht: ausschwemmsichere Teilchen-Lagerung und zugleich dauerhafte Porosität erforderlich, zB. mittels Kissen-Konstruktion. 

{{er|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-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 F 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}}