En enkel fibersträng som utvecklats vid Washington State University har flexibiliteten hos bomull och den elektriska ledningsförmågan hos en polymer, kallad polyanilin.
Det nyutvecklade materialet visade god potential för bärbara e-textilier. WSU-forskarna testade fibrerna med ett system som drev ett LED-ljus och ett annat som kände av ammoniakgas, och beskrev sina resultat i tidskriften Carbohydrate Polymers .
"Vi har en fiber i två sektioner:en sektion är den konventionella bomullen:flexibel och stark nog för dagligt bruk, och den andra sidan är det ledande materialet", säger Hang Liu, WSU-textilforskare och studiens motsvarande författare. "Bomullen kan stödja det ledande materialet som kan ge den nödvändiga funktionen."
Medan mer utveckling behövs, är tanken att integrera fibrer som dessa i kläder som sensorplåster med flexibla kretsar. Dessa plåster kan vara en del av uniformer för brandmän, soldater eller arbetare som hanterar kemikalier för att upptäcka för farlig exponering. Andra applikationer inkluderar hälsoövervakning eller träningströjor som kan göra mer än nuvarande träningsmonitorer.
"Vi har några smarta bärbara kläder, som smarta klockor, som kan spåra dina rörelser och mänskliga vitala tecken, men vi hoppas att dina vardagskläder i framtiden också kan göra dessa funktioner," sa Liu. "Mode är inte bara färg och stil, som många tycker om det:mode är vetenskap."
I denna studie arbetade WSU-teamet för att övervinna utmaningarna med att blanda den ledande polymeren med bomullscellulosa. Polymerer är ämnen med mycket stora molekyler som har upprepade mönster. I det här fallet använde forskarna polyanilin, även känd som PANI, en syntetisk polymer med ledande egenskaper som redan används i applikationer som tillverkning av kretskort.
Även om polyanilin är ledande, är det skört och kan i sig inte göras till en fiber för textilier. För att lösa detta löste WSU-forskarna upp bomullscellulosa från återvunna t-shirts till en lösning och den ledande polymeren i en annan separat lösning. Dessa två lösningar slogs sedan samman sida vid sida och materialet extruderades för att göra en fiber.
Resultatet visade god gränsytebindning, vilket innebär att molekylerna från de olika materialen skulle hålla ihop genom sträckning och böjning.
Att uppnå rätt blandning i gränssnittet mellan bomullscellulosa och polyanilin var en känslig balans, sa Liu.
"Vi ville att de här två lösningarna skulle fungera så att när bomullen och den ledande polymeren kommer i kontakt med varandra blandas de till en viss grad för att limma ihop, men vi ville inte att de skulle blandas för mycket, annars skulle ledningsförmågan minska. ," sa hon.
Ytterligare WSU-författare i denna studie inkluderade förstaförfattaren Wangcheng Liu samt Zihui Zhao, Dan Liang, Wei-Hong Zhong och Jinwen Zhang.
Mer information: Wangcheng Liu et al, En ny strukturell design av cellulosabaserade ledande kompositfibrer för bärbara e-textilier, Carbohydrate Polymers (2023). DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121308
Tillhandahålls av Washington State University
