Fibre conductrice à base de coton pour textiles intelligents
L’université de l’État de Washington a mis au point un brin de fibre unique qui a la souplesse du coton et la conductivité électrique d’un polymère, appelé polyaniline.
La fibre nouvellement développée a montré un bon potentiel pour les e-textiles portables. Les chercheurs de la WSU ont testé les fibres avec un système qui alimentait une lumière LED et un autre qui détectait le gaz ammoniac, détaillant leurs résultats dans la revue Carbohydrate Polymers.
« Nous disposons d’une fibre en deux sections : une section est le coton conventionnel, suffisamment souple et solide pour un usage quotidien, et l’autre est le matériau conducteur », explique Hang Liu, chercheur en textile à la WSU et auteur correspondant de l’étude. « Le coton peut supporter le matériau conducteur qui peut fournir la fonction requise.
Bien que d’autres développements soient nécessaires, l’idée est d’intégrer des fibres de ce type dans les vêtements en tant que patchs de capteurs avec des circuits flexibles. Ces patchs pourraient être intégrés aux uniformes des pompiers, des soldats ou des travailleurs qui manipulent des produits chimiques afin de détecter les expositions dangereuses. Parmi les autres applications, citons le suivi de la santé ou les vêtements de sport qui peuvent faire plus que les moniteurs de fitness actuels.
« Nous disposons de certains wearables intelligents, comme les montres intelligentes, qui peuvent suivre vos mouvements et les signes vitaux humains, mais nous espérons qu’à l’avenir vos vêtements de tous les jours pourront également remplir ces fonctions », a déclaré M. Liu. « La mode ne se résume pas à la couleur et au style, comme beaucoup de gens le pensent : la mode est une science.
Dans cette étude, l’équipe de la WSU s’est efforcée de surmonter les difficultés liées au mélange du polymère conducteur avec la cellulose de coton. Les polymères sont des substances composées de très grosses molécules qui présentent des motifs répétitifs. Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé la polyaniline, également connue sous le nom de PANI, un polymère synthétique aux propriétés conductrices déjà utilisé dans des applications telles que la fabrication de circuits imprimés.
Bien qu’intrinsèquement conductrice, la polyaniline est fragile et ne peut être transformée en fibre textile. Pour résoudre ce problème, les chercheurs de la WSU ont dissous la cellulose de coton provenant de t-shirts recyclés dans une solution et le polymère conducteur dans une autre solution séparée. Ces deux solutions ont ensuite été fusionnées côte à côte et le matériau a été extrudé pour former une fibre.
Le résultat a montré une bonne liaison interfaciale, ce qui signifie que les molécules des différents matériaux resteraient ensemble en cas d’étirement et de flexion.
L’obtention du bon mélange à l’interface de la cellulose de coton et de la polyaniline a été un équilibre délicat, a déclaré M. Liu.
« Nous voulions que ces deux solutions fonctionnent de manière à ce que, lorsque le coton et le polymère conducteur entrent en contact, ils se mélangent dans une certaine mesure pour se coller l’un à l’autre, mais nous ne voulions pas qu’ils se mélangent trop, sinon la conductivité aurait été réduite », a-t-elle déclaré.
Les autres auteurs de la WSU qui ont participé à cette étude sont Wangcheng Liu, premier auteur, ainsi que Zihui Zhao, Dan Liang, Wei-Hong Zhong et Jinwen Zhang. Cette recherche a bénéficié du soutien de la National Science Foundation et du Walmart Foundation Project.
Image : Image microscopique des fibres nouvellement développées montrant leur mélange côte à côte où une face est en coton et l’autre contient le polymère de polyanaline qui peut transporter un courant électrique. Avec l’aimable autorisation de l’université de l’État de Washington.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121308
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