Kæmpe potentiale for elektroniske tekstiler lavet med ny cellulosetråd

Elektroniske tekstiler tilbyder revolutionerende nye muligheder inden for forskellige områder, især sundhedsvæsenet. Men for at være bæredygtig, de skal være lavet af vedvarende materialer. Et forskerhold ledet af Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, præsenterer nu en tråd lavet af ledende cellulose, som giver fascinerende og praktiske muligheder for elektroniske tekstiler.

"Miniature, bærbare elektroniske gadgets er ofte afhængige af sjældne, eller i nogle tilfælde giftig, materialer. De fører også til en gradvis opbygning af store bjerge af elektronisk affald. Der er et reelt behov for økologisk, vedvarende materialer til brug i elektroniske tekstiler, " siger Sozan Darabi, ph.d.-studerende ved Institut for Kemi og Kemiteknik ved Chalmers Tekniske Universitet og Wallenberg Wood Science Center, og hovedforfatter til den videnskabelige artikel, som for nylig blev offentliggjort i ASC anvendte materialer og grænseflader .

Sammen med Anja Lund, forsker i samme gruppe, Sozan Darabi har arbejdet med elektrisk ledende fibre til elektroniske tekstiler i flere år. Fokus var tidligere på silke, men nu er opdagelserne ført videre gennem brugen af ​​cellulose.

De resultater, som forskerne nu præsenterer, viser, hvordan cellulosetråd rummer et kæmpe potentiale som materiale til elektroniske tekstiler og kan bruges på mange forskellige måder.

Syning af de elektrisk ledende cellulosetråde til et stof ved hjælp af en almindelig husholdningssymaskine, det er nu lykkedes forskerne at fremstille et termoelektrisk tekstil, der producerer en lille mængde elektricitet, når det opvarmes på den ene side – f.eks. af en persons kropsvarme. Ved en temperaturforskel på 37 grader celsius, tekstilet kan generere omkring 0,2 mikrowatt elektricitet.

"Denne cellulosetråd kan føre til tøj med indbygget elektronisk, smarte funktioner, lavet af giftfri, vedvarende og naturlige materialer, " siger Sozan Darabi.

Produktionsprocessen for cellulosetråden er udviklet af medforfattere fra Aalto Universitet i Finland. I en efterfølgende proces, Chalmers-forskerne gjorde tråden ledende ved at farve den med et elektrisk ledende polymermateriale. Forskernes målinger viser, at farvningsprocessen giver cellulosetråden en rekordhøj ledningsevne – som kan øges yderligere ved at tilføje sølv nanotråde. I test, ledningsevnen blev opretholdt efter adskillige vaske.

Elektroniske tekstiler kan forbedre vores liv på flere måder. Et vigtigt område er sundhedsvæsenet, hvor funktioner som regulering, overvågning, og måling af forskellige sundhedsmålinger kan være enormt gavnlig.

I den bredere tekstilindustri, hvor omstilling til bæredygtige råvarer er et vital igangværende spørgsmål, naturlige materialer og fibre er blevet et mere og mere almindeligt valg til at erstatte syntetiske stoffer. Elektrisk ledende cellulosetråde kunne også spille en væsentlig rolle her, siger forskerne.

"Cellulose er et fantastisk materiale, der kan udvindes bæredygtigt og genbruges, og vi vil se det brugt mere og mere i fremtiden. Og når produkter er lavet af ensartet materiale, eller så få materialer som muligt, genbrugsprocessen bliver meget nemmere og mere effektiv. Dette er et andet perspektiv, hvorfra cellulosetråd er meget lovende for udviklingen af ​​e-tekstiler, siger Christian Müller, forskningsleder for undersøgelsen og professor ved Institut for Kemi og Kemiteknik på Chalmers Tekniske Universitet.

Dette arbejde af forskerholdet fra Chalmers udføres inden for det nationale forskningscenter Wallenberg Wood Science Center, i samarbejde med kolleger i Sverige, Finland og Sydkorea.

Mere om:Udvikling af ekspertise inden for ledende fibre

Både Sozan Darabi og Christian Müller mener, at forskningen har resulteret i meget mere end blot den seneste videnskabelige publikation. Sozan Darabi har udviklet sig fra en studerende til en førende ekspert i elektrisk ledende fibermaterialer, noget Christian Müller ser som meget givende, og en stor styrke for deres forskerhold.

Gennem det nationale svenske forskningscenter Wallenberg Wood Science Center, en gruppe fra Stockholms Kungliga Tekniska Högskola (KTH) har også været involveret i forskningen og offentliggørelsen af ​​undersøgelsen. KTH-forskerne fokuserer på de elektrokemiske aspekter af fibrene. Sammen med denne gruppe fra KTH, Chalmers forskerteam planlægger nu måder at tage ideerne til næste niveau.

Mere om:Cellulosetråden

Det elektrisk ledende garn er fremstillet i en "lag-på-lag" belægningsproces med en blæk baseret på den biokompatible polymer polyelektrolytkompleks poly(3, 4-ethylendioxythiophen):poly(styrensulfonat) (PEDOT:PSS). E-tekstiltråden udviklet af forskerne måler en rekordhøj ledningsevne for cellulosetråd i forhold til volumen på 36 S/cm-, som kan øges til 181 S/cm ved at tilføje sølv nanotråde. Tråden belagt med PEDOT:PSS kan klare mindst fem maskinvaske uden at miste sin ledningsevne. Ved at integrere cellulosegarnet i en elektrokemisk transistor, forskerne har også været i stand til at påvise dens elektrokemiske funktion.

Mere om:Tekstiler fra natur- og modebranchens interesse

Gennem menneskehedens historie, tekstiler er lavet af naturfibre og cellulose. Men siden midten af ​​det 20. århundrede, syntetiske fibre er blevet mere almindelige i vores tøj, især i modebranchen. Med det større fokus og bevidsthed nu om bæredygtige alternativer, interessen for naturlige fibre og tekstiler vender tilbage og vokser. Store svenske kæder som H&M og Lindex har sat høje mål for at øge andelen af ​​beklædningsgenstande fremstillet af mere bæredygtige materialer.

Cellulosefiberen, som forskerne har brugt, er af typen Ioncell, udviklet af den finske gruppe, ledet af professor og medforfatter Herbert Sixta.