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使用MXene涂层的纱线可以穿着可洗的纺织设备

来源:未知 编辑:admin 时间:2020-02-13 手机版

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要生产出能够满足我们所有功能的功能性面料,同时又要保留我们习惯的面料特性,绝非易事。

德雷克塞尔大学的两组研究人员-相信他们正在领导工业功能性织物生产技术的发展,而另一组研究人员是当今使用的最强,最导电的超级材料的研究和应用的先驱-相信他们有解决方案。

他们改进了纺织品的基本元素:纱线。通过向纤维添加技术功能以赋予纺织品特性,合身感和手感,该团队证明了它可以将新功能编织到织物中,而不会限制其耐磨性。

在最近发表在《高级功能材料》杂志上的一篇论文中,研究人员由著名大学的尤里 高戈西(Yury Gogotsi)博士和德雷克塞尔大学工程学院的巴赫教授以及韦斯特法尔传媒艺术与艺术学院副教授Genevieve Dion领导。德雷克塞尔功能性织物中心的设计和总监表明,它们可以通过用一种称为MXene的导电二维材料涂覆标准的纤维素基纱线来制造高导电性,耐用的纱线。

碰到障碍物

他们写道: 当前的可穿戴设备利用了笨重且不舒适的常规电池,并且会对最终产品施加设计限制。 因此,柔性,电化学和机电活性纱线的开发可以被工程化和编织成全织物,从而为基于纺织品的装置的可扩展生产提供了新的实用见解。

研究小组报告说,其导电纱将更多的导电材料填充到纤维中,并且可以通过标准的工业编织机进行编织,以生产出具有一流电性能的纺织品。这种能力和耐用性的结合与当今其他功能性织物领域不同。

大多数将纺织品变成可穿戴技术的尝试都使用硬质金属纤维,这些金属纤维会改变织物的质地和物理行为。使用银纳米颗粒,石墨烯和其他碳材料制造导电纺织品的其他尝试引起了环境方面的关注,并没有达到性能要求。成功地能够将足够的材料施加到纺织基材上以使其具有高导电性的涂覆方法还倾向于使纱线和织物太脆而不能承受正常的磨损。

戴恩说: 我们领域中最大的挑战是大规模开发创新的功能性纱线,这些纱线应足够坚固以集成到纺织品制造过程中并耐水洗。 我们认为,证明任何新的导电纱线在实验阶段的可制造性至关重要。高导电性和电化学性能很重要,但是导电纱线也可以通过简单,可扩展的工艺生产,并具有合适的机械性能进行纺织品整合。成功开发可以像日常服装一样穿着的下一代设备必须考虑到所有这些因素。

获奖组合

狄翁(Dion)一直是可穿戴技术领域的先驱,她凭借其在时装和工业设计方面的背景知识来创造出新工艺,以创造具有新技术能力的面料。她的工作得到了包括德雷克塞尔(Drexel)和迪翁(Dion)在内的美国国防部的认可,该部门致力于使美国成为该领域的领导者。

她与二维导电材料领域的领先研究人员Gogotsi合作,解决了制造可以编织,穿着和洗涤的导电纱的挑战。

Gogotsi的小组隶属于Drexel团队,该团队于2011年发现了称为MXenes的高导电二维材料,从那时起一直在探索其卓越的性能和应用。他的小组表明,它可以合成与水混合的MXene,而无需添加任何添加剂或表面活性剂即可制成油墨和喷涂涂料。这一发现使它们成为制造可用于功能性织物的导电纱线的天然候选者。

Gogotsi说: 研究人员已探索在纱线中添加石墨烯和碳纳米管涂层,我们小组过去也研究了许多碳涂层。 但是到目前为止,要达到我们用MXenes所证明的电导率水平是不可能的。它接近银纳米线涂覆的纱线的电导率,但是由于其溶解和有害作用,银在纺织工业中的使用受到了严重限制。而且,MXenes可以用来增加电能存储能力,传感,电磁干扰屏蔽和许多其他有用的特性给纺织品。

碳化钛MXene的基本形式看起来像黑色粉末。但实际上它是由仅几个原子厚的薄片组成的,可以制成各种尺寸的薄片。较大的薄片意味着更大的表面积和更大的电导率,因此该团队发现可以通过用较小的薄片渗透单个纤维,然后在纱线本身上涂一层较大的片状MXene来提高纱线的性能。

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