Биомиметический процесс изготовления мягких волокон для умного текстиля

1 августа 2023 г. | Джеральд Ондри

Чтобы интеллектуальный текстиль функционировал эффективно, он должен быть прочным, эластичным и электропроводящим. Однако изготовление волокон, обладающих этими тремя свойствами, оказалось сложной задачей.

Вдохновляясь тем, как пауки прядут паутину из шелка, международная группа исследователей разработала метод производства мягких волокон, обладающих этими тремя ключевыми свойствами. Об исследовании, проведенном доцентом Тан Сви Чингом с кафедры материаловедения и инженерии Колледжа дизайна и инженерии Национального университета Сингапура (NUS; www.nus.sg), сообщалось в недавнем выпуске журнала Nature Electronics.

Обычные методы прядения для изготовления синтетических волокон требуют высокого давления, больших энергозатрат, больших объемов химикатов и специального оборудования. Более того, полученные волокна обычно имеют ограниченные функции. Напротив, процесс прядения паутины образует прочные и универсальные волокна при комнатной температуре и давлении. Были выявлены два уникальных этапа формирования паучьего шелка, которые команда смогла имитировать. Первый — это превращение высококонцентрированного белкового раствора (шелкового пряда) в прядь волокна. Вторым выявленным шагом было то, что расположение белков внутри пряжи меняется под воздействием внешних факторов, помогая отделить жидкую часть от шелковой пряжи, оставляя твердые шелковые волокна. Команда воссоздала два этапа и разработала новый процесс прядения, известный как метод прядения в окружающей среде с возможностью разделения фаз (PSEA).

Мягкие волокна были сформованы из вязкого гелевого раствора, состоящего из полиакрилонитрила (ПАН) и ионов серебра (ПАНСион), растворенных в диметилформамиде. Когда гель вытягивают и вращают в условиях окружающей среды, образуется мягкое волокно. При воздействии воздуха молекулы воды в воздухе вызывают отделение жидкой части геля от твердой части геля — явление, известное как эффект фазового разделения, вызванный парами нерастворителя. Капли просто удаляются под действием силы тяжести.