В данном цикле статей мы расскажем, как исследователи разработали метод окунания, аналогичный процессу окрашивания, который позволяет получить токопроводящую пряжу, достаточно прочную для использования в промышленных трикотажных машинах и достаточно прочную, чтобы выдержать циклы стирки без ухудшения ее качества.
Производство функциональных тканей, которые выполняют все функции, которые нам нужны, сохраняя при этом привычные характеристики тканей - нелегкая задача.
Две группы исследователей в Дрексельском университете - одна, которая возглавляет разработку технологий производства промышленных функциональных тканей, и другая, которая является пионером в изучении и применении одного из самых прочных и электропроводящих суперматериалов, используемых сегодня, - считают, что у них есть решение.
Они улучшили один из основных элементов текстиля: пряжу. Добавляя технические возможности к волокнам, придающим тканям их характер, форму и ощущения, команда показала, что они могут вязать новые функциональные возможности в ткани, не ограничивая их износостойкость.
В статье, недавно опубликованной в журнале Advanced Functional Materials, исследователи под руководством Юрия Гогоци, доктора философии, профессора Университета имени Баха и профессора Дрекселя, и Женевьевы Дион, доцента Вестфальского колледжа медиа искусств и дизайна и директора Центра функциональных тканей Дрекселя, показали, что они могут создать высокопроводящее, прочное покрытие из нитей на основе MXene с двухмерной проводящей нитью.
Трудности
"В существующих износостойких батареях используются обычные, громоздкие и неудобные батареи, которые могут накладывать ограничения на конструкцию конечного продукта", - пишут они. "Поэтому разработка гибких, электрохимически и электромеханически активных пряж, которые могут быть сконструированы и вязаны в полотна, дает новые практические знания в области производства оборудования на текстильной основе".
Группа сообщила, что ее токопроводящая пряжа обеспечивает более токопроводящий материал в волокна и может быть вязана на стандартной промышленной трикотажной машине для производства текстиля с превосходными электрическими характеристиками. Это сочетание способности и долговечности отличается от остальной функциональной области ткани сегодня.
Большинство попыток превратить текстиль в износостойкую технологию используют жесткие металлические волокна, которые изменяют текстуру и физическое поведение ткани. Другие попытки сделать проводящий текстиль, использующий наночастицы серебра, графен и другие углеродные материалы, вызывают озабоченность с точки зрения экологии и не соответствуют требованиям к рабочим характеристикам. Методы покрытия, которые успешно наносят достаточно материала на текстильную подложку, чтобы придать ей высокую проводимость, также имеют тенденцию делать пряжу и ткани слишком хрупкими, чтобы выдержать нормальный износ.
"Одной из самых больших задач в нашей области является разработка инновационных функциональных пряж, достаточно прочных, чтобы интегрироваться в процесс производства текстиля и выдержать стирку", - сказал Дион. "Мы считаем, что демонстрация технологичности любой новой токопроводящей пряжи на экспериментальных этапах имеет решающее значение. Большое значение имеют высокая электропроводность и электрохимические характеристики, равно как и токопроводящая пряжа, которая может быть произведена простым и масштабируемым способом с соответствующими механическими свойствами для текстильной интеграции. Все это необходимо учитывать для успешной разработки устройств нового поколения, которые можно носить как повседневные вещи".
Выигрышная комбинация
Дион была пионером в области износостойких технологий, используя свой опыт в области моды и промышленного дизайна для производства новых процессов для создания тканей с новыми технологическими возможностями. Ее работа была отмечена Министерством обороны, которое включило Дрекселя и Диона в программу Advanced Functional Fabrics of America, направленную на то, чтобы вывести страну на лидирующие позиции в этой области.
Она объединилась с Гогоци, который является ведущим исследователем в области двумерных проводящих материалов, чтобы решить задачу создания токопроводящей пряжи, которая выдержит вязание, ношение и стирку.
Группа Гогоци входила в состав команды Дрекселя, которая в 2011 году открыла для себя высокопроводящие двухмерные материалы под названием MXene и с тех пор продолжает исследовать их исключительные свойства и области применения. Его группа показала, что она может синтезировать MXene, которые смешиваются с водой для создания чернил и распыления покрытий без каких-либо добавок или поверхностно-активных веществ - открытие, которое сделало их естественным кандидатом для производства токопроводящей пряжи, которая может быть использована в функциональных тканях.