Эта новая пряжа?! — С MXene возможны носимые и моющиеся текстильные устройства

Исследователи Drexel разработали способ покрытия целлюлозной пряжи хлопьями проводящего двумерного материала, называемого MXene, чтобы придать ей проводимость и долговечность, необходимые для вязания функциональных тканей.

Производство функциональных тканей, выполняющих все нужные нам функции, сохраняя при этом характеристики привычной ткани, — непростая задача.

Две группы исследователей из Университета Дрекселя — одна возглавляет разработку технологий производства промышленных функциональных тканей, а другая — пионер в изучении и применении одного из самых прочных и электропроводящих суперматериалов, используемых сегодня, — считают, что они есть решение.

Они усовершенствовали основной элемент текстиля: пряжу. Добавляя технические возможности к волокнам, которые придают текстилю характер, посадку и ощущение, команда показала, что она может придавать тканям новые функциональные возможности, не ограничивая их износостойкость.

В статье, недавно опубликованной в журнале Advanced Functional Materials, исследователи под руководствомYury Gogotsi, PhD, заслуженный профессор университета и профессор Баха в инженерном колледже Дрекселя, иЖеневьева Дион, профессор Вестфальского колледжа медиаискусства и дизайна и директор Центра функциональных тканей Дрекселя, показали, что они могут создать высокопроводящую и прочную пряжу, покрыв стандартную нить на основе целлюлозы типом проводящего двумерного материала под названием MXene.

«В современных носимых устройствах используются обычные батареи, которые громоздки и неудобны и могут накладывать ограничения на дизайн конечного продукта», — пишут они. «Поэтому разработка гибких, электрохимически и электромеханически активных нитей, из которых можно сконструировать и связать полноценные ткани, дает новые практические идеи для масштабируемого производства устройств на текстильной основе».

Команда сообщила, что ее проводящая пряжа упаковывает в волокна больше проводящего материала и может быть связана на стандартной промышленной вязальной машине для производства текстиля с первоклассными электрическими характеристиками. Это сочетание качества и долговечности выгодно отличается от остальных функциональных тканей сегодня.

В большинстве попыток превратить текстиль в носимые технологии используются жесткие металлические волокна, которые изменяют текстуру и физическое поведение ткани. Другие попытки создать проводящий текстиль с использованием наночастиц серебра, графена и других углеродных материалов вызывают экологические проблемы и не соответствуют требованиям к производительности. А методы покрытия, которые позволяют успешно нанести на текстильную подложку достаточно материала, чтобы сделать ее высокопроводящей, также имеют тенденцию делать пряжу и ткани слишком хрупкими, чтобы выдерживать нормальный износ.

«Одними из самых больших задач в нашей области являются масштабные разработки инновационных функциональных нитей, которые достаточно прочны, чтобы быть интегрированными в процесс производства текстиля и выдерживают стирку», — сказал Дион. «Мы считаем, что решающее значение имеет демонстрация технологичности любой новой проводящей нити на экспериментальных этапах. Высокая электропроводность и электрохимические характеристики важны, но также важны и проводящие нити, которые можно производить с помощью простого и масштабируемого процесса с подходящими механическими свойствами для интеграции с текстилем. Все это необходимо принять во внимание для успешной разработки устройств следующего поколения, которые можно будет носить как повседневную одежду».

Дион была пионером в области носимых технологий, опираясь на свой опыт в сфере моды и промышленного дизайна для разработки новых процессов создания тканей с новыми технологическими возможностями. Ее работа была отмечена Министерством обороны, в которое входили Дрексел и Дион, в рамках усилий Advanced Functional Fabrics of America, направленных на то, чтобы сделать страну лидером в этой области.

Она объединилась с Гогоци, ведущим исследователем в области двумерных проводящих материалов, чтобы решить задачу создания проводящей пряжи, которая выдержала бы вязание, ношение и стирку.