El nuevo hilo de celulosa ofrece un gran potencial para los textiles electrónicos.

Los textiles electrónicos presentan nuevas oportunidades revolucionarias en varios campos, especialmente en el cuidado de la salud. Pero para ser sostenible, debe estar fabricado con materiales renovables. Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia está introduciendo ahora un hilo hecho de celulosa conductora, que ofrece grandes y prácticas posibilidades para los textiles electrónicos.

Usando una máquina de coser doméstica estándar, los investigadores cosieron hilos de celulosa conductores eléctricos en una tela y lograron producir una tela termoelectrónica, que puede producir una pequeña cantidad de electricidad cuando la tela se calienta en un lado, por ejemplo, por la temperatura corporal de una persona. . Foto: Anna Lina Lundqvist, Chalmers

“Los dispositivos electrónicos compactos y portátiles se están volviendo cada vez más comunes en nuestra vida diaria. Pero hoy en día, a menudo dependen de materiales raros, o en algunos casos tóxicos. También conducen a una acumulación gradual de enormes montañas de desechos electrónicos. “Dice Suzanne Darabi, estudiante de doctorado en el Departamento de Química e Ingeniería Química de la Universidad de Tecnología de Chalmers y del Centro de Ciencias de la Madera de Wallenberg y autora principal del artículo científico: Existe una necesidad real de materiales orgánicos y renovables para su uso en textiles electrónicos, publicado recientemente en Interfaces y materiales aplicados de ASC.

Junto con Anja Lund, investigadora del mismo grupo, Susan Darabi ha estado trabajando con fibras conductoras para textiles electrónicos durante varios años. Anteriormente, la atención se centraba en la seda, pero ahora se han desarrollado descubrimientos mediante el uso de celulosa.

Electrónica incorporada hecha de materiales naturales, renovables y no tóxicos

Los resultados presentados por los investigadores ahora muestran cómo los hilos de celulosa ofrecen un enorme potencial como material para textiles electrónicos y se pueden utilizar de muchas formas diferentes.

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Al tejer hilos de celulosa eléctricamente conductores en una tela utilizando una máquina de coser doméstica estándar, los investigadores ahora han logrado producir una tela térmica que produce una pequeña cantidad de electricidad cuando se calienta en un lado, por ejemplo, por la temperatura corporal de una persona. Con una diferencia de temperatura de 37 ° C, la tela puede generar aproximadamente 0,2 μW de electricidad.

Este hilo de celulosa puede dar lugar a prendas con funciones electrónicas compactas e inteligentes, fabricadas con materiales no tóxicos, renovables y naturales “.

Susan Daraby, estudiante de doctorado en el Departamento de Química e Ingeniería Química de la Universidad Tecnológica de Chalmers y el Centro de Ciencias de Wallenberg Wood

El proceso de producción de filamentos de celulosa fue desarrollado por coautores de la Universidad Aalto en Finlandia. En un proceso posterior, los investigadores de Chalmers hicieron conductivo el hilo tiñéndolo con un material polimérico eléctricamente conductor. Las mediciones de los investigadores muestran que el proceso de teñido le da al filamento de celulosa una conductividad récord, que se puede aumentar aún más agregando nanocables de plata. En las pruebas, la conductividad se mantuvo después de varios lavados.

Beneficios de los textiles electrónicos y la celulosa

Los textiles electrónicos pueden mejorar nuestra vida de muchas maneras. Una de las áreas importantes es la salud, donde funciones como regular, monitorear y medir diversas métricas de salud pueden ser muy beneficiosas.

En la industria textil en general, donde el cambio a materias primas sostenibles es un problema vital y continuo, los materiales y fibras naturales se están convirtiendo en una opción cada vez más popular para sustituir los sintéticos. Los investigadores dicen que los filamentos de celulosa conductores de electricidad también podrían desempeñar un papel importante aquí.

La celulosa es un material maravilloso que se puede recuperar y reciclar de forma sostenible, y veremos que se utiliza cada vez más en el futuro. Y cuando los productos están hechos de un material estandarizado, o lo menos posible, el proceso de reciclaje se vuelve mucho más fácil y eficiente. Esta es otra perspectiva a través de la cual el hilo de celulosa es muy prometedor para el desarrollo de textiles electrónicos “.

Christian Muller, jefe de investigación de estudios y profesor del Departamento de Química e Ingeniería Química de la Universidad Tecnológica de Chalmers

El trabajo del equipo de investigación de Chalmers se está llevando a cabo dentro del Wallenberg Wood Science Center, en colaboración con colegas de Suecia, Finlandia y Corea del Sur.

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Leer el artículo en la revista científica Materiales aplicados y fachadas ASC: Hilo conductivo de celulosa verde para textiles electrónicos cosidos a máquina

Más sobre: Desarrollando experiencia en el campo de las fibras conductoras

Susan Darabi y Christian Muller creen que la investigación ha dado como resultado mucho más que la publicación científica más reciente. Susan Daraby ha evolucionado de estudiante a experta senior en materiales de fibra conductora, algo que Christian Muller encuentra extremadamente gratificante y una gran fortaleza para su equipo de investigación.

A través del Centro Nacional de Investigación Sueco Wallenberg Wood Science Center, un grupo del Real Instituto de Tecnología de Estocolmo (KTH) también ha participado en la investigación y publicación del estudio. Los investigadores de KTH se centran en los aspectos electroquímicos de las fibras. Con este conjunto de KTH, el equipo de investigación de Chalmers ahora está planificando formas de llevar las ideas al siguiente nivel.

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Más sobre: ​​Hilo de celulosa

Los filamentos eléctricamente conductores se producen en un proceso de recubrimiento “capa por capa” con tinta basada en el polímero biocompatible “polielectrolito (3,4-etileno desoxitiofeno): poli (estireno sulfonato) (PEDOT: PSS)”. El filamento textil electrónico desarrollado por los investigadores mide la conductividad estándar de un hilo de celulosa con respecto al tamaño de 36 S / cm-, que se puede aumentar a 181 S / cm2 mediante la adición de nanocables de plata. El hilo recubierto de PEDOT: PSS puede manejar Hasta cinco procesos Lavado a máquina sin perder conductividad Al incorporar hebras de celulosa en un transistor electroquímico, los investigadores también pudieron demostrar su función electroquímica.

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Más sobre: ​​Textiles de la naturaleza y la industria de la moda

A lo largo de la historia de la humanidad, los textiles se han elaborado a partir de fibras naturales y celulosa. Pero desde mediados del siglo XX, las fibras sintéticas se han vuelto cada vez más populares en nuestra ropa, especialmente en la industria de la moda. Con un mayor enfoque y conciencia ahora sobre las alternativas sostenibles, el interés en las fibras naturales y los textiles está regresando y aumentando. Las grandes cadenas suecas como H&M y Lindex se han fijado objetivos elevados de aumentar la proporción de ropa producida a partir de materiales más sostenibles.

Las fibras de celulosa que utilizaron los investigadores son de Ioncell® El tipo desarrollado por el grupo finlandés dirigido por el profesor y coautor Herbert Sexta.

Fuente:

Referencia de la revista:

Darabi, S. Et al. (2021) Confección de hilo de celulosa verde para tejidos electrónicos cosidos a máquina. Materiales aplicados y fachadas de ACS. doi.org/10.1021/acsami.0c15399.

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