Elektronisch textiel biedt revolutionaire nieuwe mogelijkheden op verschillende gebieden, in het bijzonder de gezondheidszorg. Maar om duurzaam te zijn, ze moeten gemaakt zijn van hernieuwbare materialen. Een onderzoeksteam onder leiding van Chalmers University of Technology, Zweden, presenteert nu een draad gemaakt van geleidende cellulose, die fascinerende en praktische mogelijkheden biedt voor elektronisch textiel.

"Miniatuur, draagbare elektronische gadgets zijn vaak afhankelijk van zeldzame, of in sommige gevallen giftig, materialen. Ze leiden ook tot een geleidelijke opbouw van grote bergen elektronisch afval. Er is echt behoefte aan biologische, hernieuwbare materialen voor gebruik in elektronisch textiel, " zegt Sozan Darabi, doctoraatsstudent aan de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie aan de Chalmers University of Technology en het Wallenberg Wood Science Center, en hoofdauteur van het wetenschappelijke artikel dat onlangs is gepubliceerd in ASC Toegepaste Materialen &Interfaces .

Samen met Anja Lund, onderzoeker in dezelfde groep, Sozan Darabi werkt al enkele jaren met elektrisch geleidende vezels voor elektronisch textiel. De focus lag voorheen op zijde, maar nu zijn de ontdekkingen verder gegaan door het gebruik van cellulose.

De resultaten die de onderzoekers nu presenteren laten zien hoe cellulosedraad een enorm potentieel biedt als materiaal voor elektronisch textiel en op veel verschillende manieren kan worden gebruikt.

De elektrisch geleidende cellulosedraden in een stof naaien met een standaard huishoudnaaimachine, de onderzoekers zijn er nu in geslaagd een thermo-elektrisch textiel te produceren dat een kleine hoeveelheid elektriciteit produceert wanneer het aan één kant wordt verwarmd - bijvoorbeeld door iemands lichaamswarmte. Bij een temperatuurverschil van 37 graden Celsius, het textiel kan ongeveer 0,2 microwatt aan elektriciteit opwekken.

"Deze cellulosedraad zou kunnen leiden tot kledingstukken met ingebouwde elektronische, slimme functies, gemaakt van niet-giftig, hernieuwbare en natuurlijke materialen, ' zegt Sozan Darabi.

Het productieproces voor de cellulosedraad is ontwikkeld door co-auteurs van de Aalto University in Finland. In een volgend proces, de Chalmers-onderzoekers maakten de draad geleidend door deze te verven met een elektrisch geleidend polymeer materiaal. De metingen van de onderzoekers laten zien dat het verfproces de cellulosedraad een recordhoge geleidbaarheid geeft - die nog verder kan worden verhoogd door toevoeging van zilveren nanodraden. Bij testen, de geleidbaarheid bleef behouden na verschillende wasbeurten.

Elektronisch textiel kan ons leven op verschillende manieren verbeteren. Een belangrijk gebied is de gezondheidszorg, waar functies als reguleren, toezicht houden, en het meten van verschillende gezondheidsstatistieken kan enorm voordelig zijn.

In de bredere textielindustrie, waar omschakeling naar duurzame grondstoffen een cruciale vraag is, natuurlijke materialen en vezels zijn een steeds vaker voorkomende keuze geworden om kunststoffen te vervangen. Ook hier zouden elektrisch geleidende cellulosedraden een belangrijke rol kunnen spelen, zeggen de onderzoekers.

"Cellulose is een fantastisch materiaal dat duurzaam kan worden gewonnen en gerecycled, en we zullen zien dat het in de toekomst meer en meer wordt gebruikt. En wanneer producten van uniform materiaal zijn gemaakt, of zo min mogelijk materialen, het recyclingproces wordt veel eenvoudiger en effectiever. Dit is een ander perspectief van waaruit cellulosedraad veelbelovend is voor de ontwikkeling van e-textiel, " zegt Christian Müller, onderzoeksleider voor de studie en een professor aan de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie aan de Chalmers University of Technology.

Dit werk van het onderzoeksteam van Chalmers wordt uitgevoerd binnen het nationale onderzoekscentrum Wallenberg Wood Science Center, in samenwerking met collega's in Zweden, Finland en Zuid-Korea.

Meer over:Expertise ontwikkelen in geleidende vezels

Zowel Sozan Darabi als Christian Müller denken dat het onderzoek veel meer heeft opgeleverd dan alleen de nieuwste wetenschappelijke publicatie. Sozan Darabi heeft zich van student ontwikkeld tot een vooraanstaand expert in elektrisch geleidende vezelmaterialen, iets wat Christian Müller als zeer lonend beschouwt, en een grote kracht voor hun onderzoeksteam.

Via het nationale Zweedse onderzoekscentrum Wallenberg Wood Science Center, een groep van het Royal Institute of Technology (KTH) in Stockholm is ook betrokken geweest bij het onderzoek en de publicatie van de studie. De KTH-onderzoekers richten zich op de elektrochemische aspecten van de vezels. Samen met deze groep van KTH, het onderzoeksteam van Chalmers plant nu manieren om de ideeën naar een hoger niveau te tillen.

Meer over:De cellulosedraad

Het elektrisch geleidende garen wordt geproduceerd in een "laag-op-laag" coatingproces met een inkt op basis van het biocompatibele polymeer polyelektrolytcomplex poly(3, 4-ethyleendioxythiofeen):poly(styreensulfonaat) (PEDOT:PSS). De door de onderzoekers ontwikkelde e-textieldraad meet een recordhoge geleidbaarheid voor cellulosedraad in verhouding tot het volume van 36 S/cm-, die kan worden verhoogd tot 181 S/cm door zilveren nanodraden toe te voegen. De draad gecoat met PEDOT:PSS kan minstens vijf machinewasbeurten aan zonder zijn geleidbaarheid te verliezen. Door het cellulosegaren te integreren in een elektrochemische transistor, de onderzoekers hebben ook de elektrochemische functie ervan kunnen aantonen.

Meer over:Textiel uit de natuur en de mode-industrie interesse

Door de hele menselijke geschiedenis heen, textiel is gemaakt van natuurlijke vezels en cellulose. Maar sinds het midden van de 20e eeuw, synthetische vezels komen steeds vaker voor in onze kleding, vooral in de mode-industrie. Met de grotere focus en het bewustzijn nu op duurzame alternatieven, belangstelling voor natuurlijke vezels en textiel keert terug en groeit. Grote Zweedse ketens zoals H&M en Lindex hebben hoge doelen gesteld om het aandeel kledingstukken dat van duurzamere materialen is gemaakt te vergroten.

De cellulosevezel die de onderzoekers hebben gebruikt is van het type Ioncell, ontwikkeld door de Finse groep, onder leiding van professor en co-auteur Herbert Sixta.