Ein an der Washington State University entwickelter einzelner Faserstrang verfügt über die Flexibilität von Baumwolle und die elektrische Leitfähigkeit eines Polymers namens Polyanilin.
Das neu entwickelte Material zeigte gutes Potenzial für tragbare E-Textilien. Die WSU-Forscher testeten die Fasern mit einem System, das ein LED-Licht mit Strom versorgte, und einem anderen, das Ammoniakgas wahrnahm, und erläuterten ihre Ergebnisse im Detail Tagebuch Kohlenhydratpolymere.
„Wir haben eine Faser in zwei Abschnitten: Ein Abschnitt ist die herkömmliche Baumwolle: flexibel und stark genug für den täglichen Gebrauch, und die andere Seite ist das leitfähige Material“, sagte Hang Liu, WSU-Textilforscher und korrespondierender Autor der Studie. „Die Baumwolle kann das leitfähige Material unterstützen, das die erforderliche Funktion erfüllen kann.“
Obwohl weitere Entwicklungen erforderlich sind, besteht die Idee darin, Fasern wie diese als Sensorpatches mit flexiblen Schaltkreisen in Bekleidung zu integrieren. Diese Aufnäher könnten Teil der Uniformen von Feuerwehrleuten, Soldaten oder Arbeitern sein, die mit Chemikalien umgehen, um gefährliche Expositionen zu erkennen. Weitere Anwendungen sind Gesundheitsüberwachung oder Trainingsshirts, die mehr können als aktuelle Fitnessmonitore.
„Wir haben einige intelligente Wearables, wie zum Beispiel Smartwatches, die Ihre Bewegungen und menschlichen Vitalfunktionen verfolgen können, aber wir hoffen, dass Ihre Alltagskleidung diese Funktionen in Zukunft auch übernehmen kann“, sagte Liu. „Mode besteht nicht nur aus Farbe und Stil, wie viele Leute denken: Mode ist Wissenschaft.“
In dieser Studie arbeitete das WSU-Team daran, die Herausforderungen beim Mischen des leitfähigen Polymers mit Baumwollzellulose zu bewältigen. Polymere sind Stoffe mit sehr großen Molekülen, die sich wiederholende Muster aufweisen. In diesem Fall verwendeten die Forscher Polyanilin, auch bekannt als PANI, ein synthetisches Polymer mit leitfähigen Eigenschaften, das bereits in Anwendungen wie der Herstellung von Leiterplatten eingesetzt wird.
Obwohl Polyanilin von Natur aus leitfähig ist, ist es spröde und kann nicht zu Fasern für Textilien verarbeitet werden. Um dieses Problem zu lösen, lösten die WSU-Forscher Baumwollzellulose aus recycelten T-Shirts in einer Lösung und das leitfähige Polymer in einer anderen separaten Lösung auf. Diese beiden Lösungen wurden dann nebeneinander zusammengeführt und das Material zu einer Faser extrudiert.
Das Ergebnis zeigte eine gute Grenzflächenbindung, was bedeutet, dass die Moleküle aus den verschiedenen Materialien auch bei Dehnung und Biegung zusammenbleiben.
Die richtige Mischung an der Grenzfläche zwischen Baumwollzellulose und Polyanilin zu erreichen, sei ein heikles Gleichgewicht, sagte Liu.
„Wir wollten, dass diese beiden Lösungen funktionieren, sodass sich die Baumwolle und das leitfähige Polymer, wenn sie miteinander in Kontakt kommen, bis zu einem gewissen Grad vermischen und eine Art Klebstoff bilden. Wir wollten jedoch nicht, dass sie sich zu stark vermischen, da sonst die Leitfähigkeit verringert würde.“ ,“ Sie sagte.
Zu den weiteren WSU-Autoren dieser Studie gehörten der Erstautor Wangcheng Liu sowie Zihui Zhao, Dan Liang, Wei-Hong Zhong und Jinwen Zhang.
Mehr Informationen:
Wangcheng Liu et al., Ein neuartiges Strukturdesign aus leitfähigen Verbundfasern auf Zellulosebasis für tragbare E-Textilien, Kohlenhydratpolymere (2023). DOI: 10.1016/j.carbpol.2023.121308