Wissenschaftler aus der ganzen Welt haben eine einfache Metallbeschichtung für Kleidung oder tragbare Textilien entwickelt, die sich selbst reparieren, Bakterien vom Träger abweisen und sogar die Herzsignale einer Person im Elektrokardiogramm (EKG) überwachen kann.
Forscher der North Carolina State University, der Flinders University und Südkorea sagen, dass die durch Flüssigmetallpartikel (LM) erzeugten leitfähigen Schaltkreise tragbare Elektronik transformieren und Türen für die Weiterentwicklung von Mensch-Maschine-Schnittstellen öffnen können, einschließlich Soft-Robotik und Gesundheitsüberwachungssystemen.
Die „atmungsaktiven“ elektronischen Textilien haben spezielle Konnektivitätskräfte, um sich „selbst zu heilen“, selbst wenn sie geschnitten werden, sagt das US-Team unter der Leitung des internationalen Experten auf diesem Gebiet, Professor Michael Dickey.
Wenn die beschichteten Textilien mit erheblicher Kraft gepresst werden, verschmelzen die Partikel zu einem leitfähigen Pfad, der die Schaffung von Schaltkreisen ermöglicht, die die Leitfähigkeit bei Dehnung beibehalten können, sagen die Forscher.
„Die leitfähigen Muster heilen selbstständig, wenn sie geschnitten werden, indem sie neue leitfähige Pfade entlang der Schnittkante bilden, wodurch eine Selbstheilungsfunktion bereitgestellt wird, die diese Textilien als Schaltkreisverbindungen, Joule-Heizungen und flexible Elektroden zur Messung von EKG-Signalen nützlich macht“, sagt Flinders University Medical Biotechnologieforscher Dr. Khanh Truong, Senior Co-Autor in einem neuen Artikel in Fortschrittliche Materialtechnologien.
Die Technik beinhaltet das Tauchbeschichten von Gewebe in eine Suspension von LM-Partikeln bei Raumtemperatur.
„Gleichmäßig beschichtete Textilien bleiben aufgrund des nativen Oxids, das sich auf den LM-Partikeln bildet, elektrisch isolierend. Die isolierende Wirkung kann jedoch entfernt werden, indem das Textil komprimiert wird, um das Oxid aufzubrechen und dadurch die Partikel durchsickern zu lassen.“
„Dies ermöglicht die Herstellung von leitfähigen Schaltkreisen, indem das Textil mit einer gemusterten Form komprimiert wird. Die elektrische Leitfähigkeit der Schaltkreise erhöht sich, indem mehr Partikel auf das Textil aufgetragen werden“, sagen die Forscher.
Außerdem bieten die LM-beschichteten Textilien einen wirksamen antimikrobiellen Schutz gegen Pseudomonas aeruginosa und Staphylococcus aureus.
Diese keimabweisende Fähigkeit verleiht dem behandelten Gewebe nicht nur Schutzeigenschaften, sondern verhindert auch, dass das poröse Material kontaminiert wird, wenn es über einen längeren Zeitraum getragen oder mit anderen Personen in Kontakt gebracht wird.
Die Partikel von Flüssigmetallen auf Galliumbasis haben einen niedrigen Schmelzpunkt, metallische elektrische Leitfähigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, praktisch keinen Dampfdruck, geringe Toxizität und antimikrobielle Eigenschaften.
LMs haben sowohl fluidische als auch metallische Eigenschaften und sind daher vielversprechend in Anwendungen wie Mikrofluidik, weichen Verbundwerkstoffen, Sensoren, Thermoschaltern und Mikroelektronik.
Einer der Vorteile von LM besteht darin, dass es bei Raumtemperatur auf Oberflächen auf unkonventionelle Weise abgeschieden und gemustert werden kann, was mit festen Metallen nicht möglich ist.
Mehr Informationen:
Jiayi Yang et al., Flüssigmetallbeschichtete Textilien mit autonomer elektrischer Heilung und antibakteriellen Eigenschaften, Fortschrittliche Materialtechnologien (2023). DOI: 10.1002/admt.202202183