Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий разработали при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» новый материал для «умной» одежды — текстильную электронику. Она создана на основе нейлоновой ткани, которую «смешали» с восстановленным оксидом графена при помощи лазерной обработки. Полученный гибридный текстиль устойчив к воздействию ультразвуковой стирки, моющих средств и деформации в процессе стирки. Кроме того, он является электропроводящим, то есть может использоваться для создания текстильных сенсорных платформ.
В лаборатории Томского политеха. Источник фото: пресс-служба ТПУ
Результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces (Q1; IF:9,441), статья выбрана на обложку журнала.
Научный тренд разработки датчиков для «умной» одежды, способных считывать пульс, давление и другие показатели человеческого организма, — переход от гибких устройств на основе полимеров к текстильной электронике. Последняя является более оптимальной, поскольку текстиль обеспечивает тесный контакт с кожей, что позволяет создавать удобные, легкие и компактные датчики.
Исследователи группы TERS-Team под руководством профессоров Евгении Шеремет и Рауля Родригеса синтезировали гибридный проводящий материал на основе синтетической ткани и графена. Для этого они нанесли на нейлон оксид графена, который потом обработали лазером. Полученный композит прост в изготовлении и является очень стабильным.
«При лазерной обработке нейлон плавится, в результате происходит не просто формирование покрытия — частицы графена внедряются в волокна ткани. Это обеспечивает улучшенные механические свойства полученного композита. Он устойчив к воздействию ультразвука, растяжению и стирке с моющими средствами, что позволяет использовать его в повседневной одежде. Кроме того, после обработки лазером материал становится электропроводящим, что позволяет использовать его в качестве активного материала сенсоров. Особенно важно, что наши композиты произвольной формы можно использовать в готовом виде без изоляции, которая обычно требуется для материалов, изготовленных с помощью лазера», — комментирует профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Евгения Шеремет.
Созданный текстиль также можно сделать антибактериальным. Этого свойства удалось добиться благодаря дополнительному использованию наночастиц серебра. Ученые нанесли на гибридный текстиль нитрат серебра, который также облучили лазером. В результате на поверхности ткани сформировались серебряные частицы, которые известны антибактериальным эффектом.
«Осажденные частицы серебра обладают уникальными оптическими свойствами. Это делает наш гибридный текстиль перспективным для создания оптических сенсоров. Будучи плазмонными частицами, они позволяют считывать с помощью оптических методов спектроскопии сигналы, «описывающие» химию поверхности. Мы провели серию успешных экспериментов по обнаружению вещества модельного красителя и глюкозы при помощи серебра», — подчеркивает первый автор статьи, ассистент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Анна Липовка.
Ученые показали возможность использования композитов в качестве сенсоров для записи жестов, измерения пульса в реальном времени и распознавания голоса. В ходе экспериментов датчики также внедрялись в перчатку, изготовленную из смеси нейлона, спандекса и полиэстера. Полученные результаты открывают путь к разработке безопасных и комплексных мультисенсорных платформ, которые можно напрямую интегрировать в повседневно используемые ткани.
Источник информации и фото: пресс-служба Томского политехнического университета