Ny ledende, bomuldsbaseret fiber udviklet til smarte tekstiler

En enkelt fiberstreng udviklet ved Washington State University har bomulds fleksibilitet og den elektriske ledningsevne af en polymer, kaldet polyanilin.

Det nyudviklede materiale viste et godt potentiale for bærbare e-tekstiler. WSU-forskerne testede fibrene med et system, der drev et LED-lys og et andet, der registrerede ammoniakgas, og detaljerede deres resultater i tidsskriftet Carbohydrate Polymers .

"Vi har en fiber i to sektioner:en sektion er den konventionelle bomuld:fleksibel og stærk nok til daglig brug, og den anden side er det ledende materiale," sagde Hang Liu, WSU-tekstilforsker og undersøgelsens tilsvarende forfatter. "Bomulden kan understøtte det ledende materiale, som kan give den nødvendige funktion."

Mens der er behov for mere udvikling, er ideen at integrere fibre som disse i tøj som sensorpatches med fleksible kredsløb. Disse plastre kan være en del af uniformer til brandmænd, soldater eller arbejdere, der håndterer kemikalier for at opdage for farlige eksponeringer. Andre applikationer omfatter sundhedsovervågning eller træningstrøjer, der kan mere end nuværende fitnessmonitorer.

"Vi har nogle smarte wearables, som smarte ure, der kan spore din bevægelse og menneskelige vitale tegn, men vi håber, at dit hverdagstøj også kan udføre disse funktioner i fremtiden," sagde Liu. "Mode er ikke kun farve og stil, som mange mennesker tænker over det:mode er videnskab."

I denne undersøgelse arbejdede WSU-teamet på at overvinde udfordringerne ved at blande den ledende polymer med bomuldscellulose. Polymerer er stoffer med meget store molekyler, der har gentagne mønstre. I dette tilfælde brugte forskerne polyanilin, også kendt som PANI, en syntetisk polymer med ledende egenskaber, der allerede anvendes i applikationer såsom fremstilling af printkort.

Selvom polyanilin i sig selv er ledende, er det skørt og kan i sig selv ikke gøres til en fiber til tekstiler. For at løse dette opløste WSU-forskerne bomuldscellulose fra genbrugte t-shirts til en opløsning og den ledende polymer i en anden separat opløsning. Disse to løsninger blev derefter slået sammen side om side, og materialet blev ekstruderet til én fiber.

Resultatet viste god grænsefladebinding, hvilket betyder, at molekylerne fra de forskellige materialer ville forblive sammen gennem strækning og bøjning.

At opnå den rigtige blanding ved grænsefladen mellem bomuldscellulose og polyanilin var en delikat balance, sagde Liu.

"Vi ønskede, at disse to løsninger skulle fungere, så når bomulden og den ledende polymer kommer i kontakt med hinanden, blandes de til en vis grad til en slags lim sammen, men vi ønskede ikke, at de blandede sig for meget, ellers ville ledningsevnen blive reduceret ," sagde hun.

Yderligere WSU-forfattere på denne undersøgelse omfattede førsteforfatter Wangcheng Liu samt Zihui Zhao, Dan Liang, Wei-Hong Zhong og Jinwen Zhang.

Flere oplysninger: Wangcheng Liu et al., Et nyt strukturelt design af cellulosebaserede ledende kompositfibre til bærbare e-tekstiler, Carbohydrate Polymers (2023). DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121308

Leveret af Washington State University