Il filato di cellulosa, che i ricercatori presentano nell'articolo, è pratico con cui lavorare e può essere utilizzato per realizzare capi di abbigliamento con funzioni intelligenti. Utilizzando una normale macchina da cucire domestica, i ricercatori hanno cucito il filo di cellulosa elettricamente conduttivo in un tessuto e sono riusciti a produrre un tessuto termoelettronico, che può produrre una piccola quantità di elettricità quando il tessuto viene riscaldato da un lato, ad esempio dal calore corporeo di una persona, in genere 0,2 microwatt con una differenza di temperatura di 37 gradi Celsius. Credito:Anna-Lena Lundqvist/Chalmers University of Technology
I tessuti elettronici offrono nuove opportunità rivoluzionarie in vari campi, in particolare sanitario. Ma per essere sostenibili, devono essere realizzati con materiali rinnovabili. Un gruppo di ricerca guidato dalla Chalmers University of Technology, Svezia, presenta ora un filo in cellulosa conduttiva, che offre possibilità affascinanti e pratiche per i tessuti elettronici.
"Miniatura, i gadget elettronici indossabili dipendono spesso da rari, o in alcuni casi tossici, materiali. Stanno anche portando a un graduale accumulo di grandi montagne di rifiuti elettronici. C'è un reale bisogno di biologico, materiali rinnovabili per l'uso in tessuti elettronici, "dice Sozan Darabi, studente di dottorato presso il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica presso la Chalmers University of Technology e il Wallenberg Wood Science Center, e autore principale dell'articolo scientifico che è stato recentemente pubblicato in Materiali e interfacce applicati ASC .
Insieme ad Anja Lund, ricercatore nello stesso gruppo, Sozan Darabi lavora da diversi anni con fibre elettricamente conduttive per tessuti elettronici. L'attenzione era in precedenza sulla seta, ma ora le scoperte sono state portate oltre attraverso l'uso della cellulosa.
I risultati ora presentati dai ricercatori mostrano come il filo di cellulosa offra un enorme potenziale come materiale per i tessuti elettronici e possa essere utilizzato in molti modi diversi.
Cucire i fili di cellulosa elettricamente conduttivi in un tessuto utilizzando una normale macchina da cucire domestica, i ricercatori sono ora riusciti a produrre un tessuto termoelettrico che produce una piccola quantità di elettricità quando viene riscaldato su un lato, ad esempio, dal calore corporeo di una persona. A una differenza di temperatura di 37 gradi Celsius, il tessuto può generare circa 0,2 microwatt di elettricità.
"Questo filo di cellulosa potrebbe portare a capi con elettronica incorporata, funzioni intelligenti, fatto da non tossico, materiali rinnovabili e naturali, "dice Sozan Darabi.
Il processo di produzione del filo di cellulosa è stato sviluppato da coautori dell'Università di Aalto in Finlandia. In un processo successivo, i ricercatori Chalmers hanno reso conduttivo il filo tingendolo con un materiale polimerico elettricamente conduttivo. Le misurazioni dei ricercatori mostrano che il processo di tintura conferisce al filo di cellulosa una conduttività record, che può essere ulteriormente aumentata attraverso l'aggiunta di nanofili d'argento. Nei test, la conduttività è stata mantenuta dopo diversi lavaggi.
Il filato scuro è il filato di cellulosa e quello più chiaro è un filato argentato disponibile in commercio, entrambi i quali sono elettricamente conduttivi. I ricercatori hanno cucito separatamente i due fili nel tessuto, in un modo speciale che conferisce al tessuto le sue proprietà termoelettroniche. Credito:Anna-Lena Lundqvist/Chalmers University of Technology
I tessuti elettronici potrebbero migliorare le nostre vite in diversi modi. Un settore importante è la sanità, dove funzioni come la regolazione, monitoraggio, e misurare varie metriche sulla salute potrebbe essere estremamente utile.
Nella più ampia industria tessile, dove la conversione a materie prime sostenibili è una questione vitale e continua, i materiali e le fibre naturali sono diventati una scelta sempre più comune per sostituire i sintetici. Anche in questo caso i fili di cellulosa elettricamente conduttivi potrebbero svolgere un ruolo significativo, dicono i ricercatori.
"La cellulosa è un materiale fantastico che può essere estratto e riciclato in modo sostenibile, e lo vedremo usato sempre di più in futuro. E quando i prodotti sono fatti di materiale uniforme, o il minor numero di materiali possibile, il processo di riciclaggio diventa molto più semplice ed efficace. Questa è un'altra prospettiva da cui il filo di cellulosa è molto promettente per lo sviluppo di e-textiles, "dice Christian Müller, leader della ricerca per lo studio e professore presso il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica della Chalmers University of Technology.
Questo lavoro del gruppo di ricerca di Chalmers viene svolto all'interno del centro di ricerca nazionale Wallenberg Wood Science Center, in collaborazione con i colleghi in Svezia, Finlandia e Corea del Sud.
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Sia Sozan Darabi che Christian Müller credono che la ricerca abbia portato a molto di più della semplice pubblicazione scientifica. Sozan Darabi si è evoluta da studente a massimo esperto di materiali in fibra elettricamente conduttive, qualcosa che Christian Müller considera molto gratificante, e una grande forza per il loro gruppo di ricerca.
Attraverso il centro di ricerca nazionale svedese Wallenberg Wood Science Center, anche un gruppo del Royal Institute of Technology (KTH) di Stoccolma è stato coinvolto nella ricerca e nella pubblicazione dello studio. I ricercatori del KTH si concentrano sugli aspetti elettrochimici delle fibre. Insieme a questo gruppo di KTH, il team di ricerca di Chalmers sta ora pianificando modi per portare le idee al livello successivo.
Il filo di cellulosa è un materiale elettricamente conduttivo rinnovabile e non tossico per tessuti elettronici che può essere cucito in una normale macchina da cucire domestica. Ha una conduttività record per il filato di cellulosa e può sopportare almeno cinque lavaggi senza perdere la sua conduttività. Credito:Anna-Lena Lundqvist/Chalmers University of Technology
Maggiori informazioni su:Il filo di cellulosa
Il filato elettricamente conduttivo viene prodotto in un processo di rivestimento "strato su strato" con un inchiostro basato sul complesso di polielettrolita polimerico biocompatibile poly(3, 4-etilendiossitiofene):poli(stirene solfonato) (PEDOT:PSS). Il filo di e-textile sviluppato dai ricercatori misura una conduttività record per il filo di cellulosa in relazione al volume di 36 S/cm-, che può essere aumentato a 181 S/cm aggiungendo nanofili d'argento. Il filo rivestito con PEDOT:PSS può sopportare almeno cinque lavaggi in lavatrice senza perdere la sua conduttività. Integrando il filo di cellulosa in un transistor elettrochimico, i ricercatori sono stati anche in grado di dimostrare la sua funzione elettrochimica.
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Nel corso della storia umana, i tessuti sono stati realizzati con fibre naturali e cellulosa. Ma dalla metà del XX secolo, le fibre sintetiche sono diventate più comuni nei nostri vestiti, in particolare nel settore della moda. Con la maggiore attenzione e consapevolezza ora sulle alternative sostenibili, torna e cresce l'interesse per le fibre e i tessuti naturali. Le grandi catene svedesi come H&M e Lindex hanno fissato obiettivi ambiziosi per aumentare la percentuale di capi prodotti con materiali più sostenibili.
La fibra di cellulosa che i ricercatori hanno utilizzato è del tipo Ioncell, sviluppato dal gruppo finlandese, guidato dal professore e coautore Herbert Sixta.
