Eén enkele vezelstreng, ontwikkeld aan de Washington State University, heeft de flexibiliteit van katoen en de elektrische geleidbaarheid van een polymeer, polyaniline genaamd.

Het nieuw ontwikkelde materiaal toonde goede mogelijkheden voor draagbaar e-textiel. De WSU-onderzoekers testten de vezels met een systeem dat een LED-licht aandreef en een ander systeem dat ammoniakgas detecteerde. Hun bevindingen werden gedetailleerd beschreven in het tijdschrift Carbohydrate Polymers .

"We hebben één vezel in twee secties:één sectie is het conventionele katoen:flexibel en sterk genoeg voor dagelijks gebruik, en de andere kant is het geleidende materiaal", zegt Hang Liu, WSU-textielonderzoeker en corresponderende auteur van het onderzoek. "Het katoen kan het geleidende materiaal ondersteunen dat de benodigde functie kan vervullen."

Hoewel er meer ontwikkeling nodig is, is het de bedoeling om dit soort vezels in kleding te integreren als sensorpatches met flexibele circuits. Deze patches kunnen deel uitmaken van uniformen voor brandweerlieden, soldaten of werknemers die met chemicaliën omgaan om gevaarlijke blootstellingen te detecteren. Andere toepassingen zijn onder meer gezondheidsmonitoring of sportshirts die meer kunnen dan de huidige fitnessmonitors.

"We hebben een aantal slimme wearables, zoals slimme horloges, die je bewegingen en menselijke vitale functies kunnen volgen, maar we hopen dat je dagelijkse kleding deze functies in de toekomst ook kan vervullen", aldus Liu. "Mode is niet alleen kleur en stijl, zoals veel mensen erover denken:mode is wetenschap."

In deze studie probeerde het WSU-team de uitdagingen van het mengen van het geleidende polymeer met katoencellulose te overwinnen. Polymeren zijn stoffen met zeer grote moleculen die zich herhalende patronen hebben. In dit geval gebruikten de onderzoekers polyaniline, ook bekend als PANI, een synthetisch polymeer met geleidende eigenschappen dat al wordt gebruikt in toepassingen zoals de productie van printplaten.

Hoewel polyaniline intrinsiek geleidend is, is het broos en kan het op zichzelf niet tot een vezel voor textiel worden verwerkt. Om dit op te lossen hebben de WSU-onderzoekers katoencellulose uit gerecyclede t-shirts opgelost in een oplossing en het geleidende polymeer in een andere afzonderlijke oplossing. Deze twee oplossingen werden vervolgens naast elkaar samengevoegd en het materiaal werd geëxtrudeerd om één vezel te maken.

Het resultaat liet een goede grensvlakbinding zien, wat betekent dat de moleculen van de verschillende materialen bij elkaar bleven door uitrekken en buigen.

Het bereiken van het juiste mengsel op het grensvlak van katoencellulose en polyaniline was een delicaat evenwicht, zei Liu.

"We wilden dat deze twee oplossingen zo werkten dat wanneer het katoen en het geleidende polymeer met elkaar in contact komen, ze zich tot op zekere hoogte vermengen tot een soort lijm, maar we wilden niet dat ze te veel vermengden, anders zou de geleidbaarheid afnemen. ”, zei ze.

Andere WSU-auteurs die aan dit onderzoek deelnamen, waren onder meer eerste auteur Wangcheng Liu en Zihui Zhao, Dan Liang, Wei-Hong Zhong en Jinwen Zhang.

Meer informatie: Wangcheng Liu et al, Een nieuw structureel ontwerp van op cellulose gebaseerde geleidende composietvezels voor draagbare e-textielen, Koolhydraatpolymeren (2023). DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121308

Aangeboden door Washington State University