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華盛頓州立大學(xué)開發(fā)的一種單股纖維同時(shí)具有棉花的柔韌性和一種名為聚苯胺的聚合物的導(dǎo)電性，顯示出在可穿戴電子紡織品方面的巨大潛力。華盛頓州立大學(xué)的研究人員用一個(gè)為 LED 燈供電的系統(tǒng)和另一個(gè)感應(yīng)氨氣的系統(tǒng)測試了這種纖維，并在《碳水化合物聚合物》雜志上詳細(xì)介紹了他們的研究成果。

新開發(fā)的纖維的顯微圖像，顯示其并排混合的一面是棉花，另一面含有可攜帶電流的聚苯胺聚合物。資料來源：華盛頓州立大學(xué)

華盛頓州立大學(xué)紡織品研究員、該研究的通訊作者劉航（音譯）說："我們將一種纖維分為兩部分：一部分是傳統(tǒng)的棉花：柔韌性和強(qiáng)度足以滿足日常使用，而另一面則是導(dǎo)電材料。棉花可以支撐導(dǎo)電材料，而導(dǎo)電材料可以提供所需的功能。"

可穿戴技術(shù)的潛在應(yīng)用

雖然還需要更多的開發(fā)工作，但研究人員的想法是將這樣的纖維集成到服裝中，作為帶有柔性電路的傳感器貼片。這些貼片可以成為消防員、士兵或處理化學(xué)品的工人制服的一部分，以檢測是否接觸到危險(xiǎn)物質(zhì)。其他應(yīng)用還包括健康監(jiān)測或運(yùn)動(dòng)襯衫，它們比目前的健身監(jiān)測器能做得更多。

劉說："我們現(xiàn)在有一些智能可穿戴設(shè)備，比如智能手表可以跟蹤你的運(yùn)動(dòng)和人體生命體征，但我們希望將來你的日常服裝也能實(shí)現(xiàn)這些功能。時(shí)尚并不像很多人認(rèn)為的那樣只是顏色和款式，時(shí)尚就是科學(xué)本身。"

華盛頓州立大學(xué)紡織品研究員劉航。資料來源：華盛頓州立大學(xué) Dean Hare

技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案

在這項(xiàng)研究中，華盛頓州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)努力克服將導(dǎo)電聚合物與棉纖維素混合的難題。聚合物是一種具有重復(fù)模式的大分子物質(zhì)。在這種情況下，研究人員使用了聚苯胺（又稱 PANI），這是一種具有導(dǎo)電性能的合成聚合物，已被用于印刷電路板制造等應(yīng)用中。

雖然聚苯胺本身具有導(dǎo)電性，但它比較脆，無法制成紡織品纖維。為了解決這個(gè)問題，西悉尼大學(xué)的研究人員將從回收的 T 恤衫中提取的棉纖維素溶解到一種溶液中，并將導(dǎo)電聚合物溶解到另一種單獨(dú)的溶液中。然后將這兩種溶液并排合并在一起，擠出材料制成一根纖維。

華盛頓州立大學(xué)紡織品研究員 Hang Liu 觀看新開發(fā)纖維的顯微圖像，圖像顯示纖維并排混合，一面是棉，另一面含有可攜帶電流的聚苯胺聚合物。資料來源：華盛頓州立大學(xué) Dean Hare

結(jié)果顯示界面結(jié)合良好，這意味著不同材料的分子在拉伸和彎曲過程中都能保持在一起，在棉纖維素和聚苯胺的界面上實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)幕旌鲜且粋€(gè)微妙的平衡。

劉說："我們希望這兩種溶液能夠發(fā)揮作用，這樣當(dāng)棉花和導(dǎo)電聚合物相互接觸時(shí)，它們就會(huì)在一定程度上混合在一起，形成一種粘合劑，但我們又不希望它們混合得太多，否則導(dǎo)電性能就會(huì)降低。"

參考文獻(xiàn)：《用于可穿戴電子紡織品的纖維素基導(dǎo)電復(fù)合纖維的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》，作者：Wangcheng Liu、Hang Liu、Zihui Zhao、Dan Liang、Wei-Hong Zhong 和 Jinwen Zhang，2023 年 8 月 18 日，《碳水化合物聚合物》。