«Умное» покрытие может превратить ткани в защитное снаряжение

Jun 10, 2023

Точно применяемая металлоорганическая технология обнаруживает и улавливает токсичные газы в воздухе.

Согласно недавнему исследованию, прочное покрытие на основе меди, разработанное исследователями из Дартмута, может быть точно интегрировано в ткань для создания быстро реагирующих и многоразовых материалов, таких как защитное оборудование, датчики окружающей среды и интеллектуальные фильтры.

Покрытие реагирует на присутствие токсичных газов в воздухе, превращая их в менее токсичные вещества, которые задерживаются в ткани, сообщает команда в Журнале Американского химического общества.

Результаты основаны на проводящей металлоорганической технологии или структуре, разработанной в лаборатории автора-корреспондента Кэтрин Мирика, доцента химии. Впервые об этом сообщили в JACS в 2017 году. Структура представляла собой простое покрытие, которое можно было наносить слоями на хлопок и полиэстер для создания умных тканей, которые исследователи назвали SOFT — Self-Organized Framework on Textiles. Их статья продемонстрировала, что «умные» ткани SOFT могут обнаруживать и улавливать токсичные вещества в окружающей среде.

Нам потребовалось четыре года, чтобы разобраться, что происходит и какую пользу это приносит. Это очень простой процесс, но химия, стоящая за ним, не такова.

В ходе новейшего исследования исследователи обнаружили, что вместо простого покрытия, о котором сообщалось в 2017 году, они могут точно встраивать каркас в ткани, используя медный предшественник, который позволяет им создавать определенные узоры и более эффективно заполнять крошечные промежутки и отверстия между нитями. . Исследователи обнаружили, что базовая технология эффективно превращает токсин оксид азота в нитрит и нитрат, а ядовитый горючий газ сероводород превращает в сульфид меди. Они также сообщают, что способность каркаса улавливать и перерабатывать токсичные материалы выдерживает износ, а также стандартную стирку.

Универсальность и долговечность, которые обеспечивает новый метод, позволят применять структуру для конкретных целей и в более точных местах, например, в качестве датчика на защитной одежде или в качестве фильтра в определенной среде, сказала Мирика.

«Этот новый метод осаждения означает, что электронные ткани потенциально могут взаимодействовать с более широким спектром систем, поскольку они очень надежны», — сказала она. «Этот технологический прогресс открывает путь для других применений комбинированных фильтрующих и сенсорных способностей системы, которые могут быть полезны в биомедицинских условиях и восстановлении окружающей среды».

По словам Мирики, этот метод также может в конечном итоге стать недорогой альтернативой технологиям, которые являются непомерно дорогостоящими и ограничены в том, где их можно использовать из-за необходимости источника энергии или — например, каталитических нейтрализаторов в автомобилях — редких металлов.

«Здесь мы полагаемся на изобилующее на Земле вещество для детоксикации токсичных химикатов, и мы делаем это без какого-либо воздействия внешней энергии, поэтому нам не нужна высокая температура или электрический ток для достижения этой функции», — сказал Мирика.

По словам Мирики, соавтор Майкл Ко, Гуарини '20, впервые наблюдал новый процесс в 2018 году, когда он пытался нанести металлоорганический каркас на тонкопленочные электроды на основе меди. Но медные электроды будут заменены каркасом.

«Он хотел, чтобы это было поверх электродов, а не вместо них», — сказала Мирика. «Нам потребовалось четыре года, чтобы понять, что происходит и какую пользу это приносит. Это очень простой процесс, но химии, стоящей за ним, нет, и нам потребовалось некоторое время и дополнительное участие студентов и сотрудников, чтобы понять это».

Команда обнаружила, что металлоорганический каркас «вырастает» поверх меди, заменяя ее материалом, способным фильтровать и преобразовывать токсичные газы, рассказала Мирика. Ко и соавтор Лукаш Мендеки, научный сотрудник Mirica Group в 2017–2018 годах, исследовали методы нанесения каркасного материала на ткань с использованием конкретных дизайнов и узоров.

Соавтор Эйлин Иглтон, Guarini '23, которая также работает в Mirica Group, доработала метод, оптимизировав процесс отпечатка металлоорганического каркаса на ткани, а также определив, как на его структуру и свойства влияет химическое воздействие. и условия реакции.