使用MXene涂层的使用纱线设备纱线可以穿着可洗的纺织设备

2021-11-17 12:37:44方会宏导读要生产出能够满足我们所有功能的功能性面料，同时又要保留我们习惯的可穿面料特性，绝非易事。纺织德雷克塞尔大学的使用纱线设备两组研究人员-相信他们正在领导

要生产出能够满足我们所有功能的功能性面料，同时又要保留我们习惯的可穿面料特性，绝非易事。纺织

德雷克塞尔大学的使用纱线设备两组研究人员-相信他们正在领导工业功能性织物生产技术的发展，而另一组研究人员是可穿当今使用的最强，最导电的纺织超级材料的研究和应用的先驱-相信他们有解决方案。

他们改进了纺织品的使用纱线设备基本元素：纱线。通过向纤维添加技术功能以赋予纺织品特性，可穿合身感和手感，纺织该团队证明了它可以将新功能编织到织物中，使用纱线设备而不会限制其耐磨性。可穿

在最近发表在《高级功能材料》杂志上的纺织一篇论文中，研究人员由著名大学的尤里·高戈西(Yury Gogotsi)博士和德雷克塞尔大学工程学院的巴赫教授以及韦斯特法尔传媒艺术与艺术学院副教授Genevieve Dion领导。德雷克塞尔功能性织物中心的设计和总监表明，它们可以通过用一种称为MXene的导电二维材料涂覆标准的纤维素基纱线来制造高导电性，耐用的纱线。

碰到障碍物

他们写道：“当前的可穿戴设备利用了笨重且不舒适的常规电池，并且会对最终产品施加设计限制。”“因此，柔性，电化学和机电活性纱线的开发可以被工程化和编织成全织物，从而为基于纺织品的装置的可扩展生产提供了新的实用见解。”

研究小组报告说，其导电纱将更多的导电材料填充到纤维中，并且可以通过标准的工业编织机进行编织，以生产出具有一流电性能的纺织品。这种能力和耐用性的结合与当今其他功能性织物领域不同。

大多数将纺织品变成可穿戴技术的尝试都使用硬质金属纤维，这些金属纤维会改变织物的质地和物理行为。使用银纳米颗粒，石墨烯和其他碳材料制造导电纺织品的其他尝试引起了环境方面的关注，并没有达到性能要求。成功地能够将足够的材料施加到纺织基材上以使其具有高导电性的涂覆方法还倾向于使纱线和织物太脆而不能承受正常的磨损。

戴恩说：“我们领域中最大的挑战是大规模开发创新的功能性纱线，这些纱线应足够坚固以集成到纺织品制造过程中并耐水洗。”“我们认为，证明任何新的导电纱线在实验阶段的可制造性至关重要。高导电性和电化学性能很重要，但是导电纱线也可以通过简单，可扩展的工艺生产，并具有合适的机械性能进行纺织品整合。成功开发可以像日常服装一样穿着的下一代设备必须考虑到所有这些因素。”

获奖组合

狄翁(Dion)一直是可穿戴技术领域的先驱，她凭借其在时装和工业设计方面的背景知识来创造出新工艺，以创造具有新技术能力的面料。她的工作得到了包括德雷克塞尔(Drexel)和迪翁(Dion)在内的国防部的认可，该部门致力于使成为该领域的领导者。

她与二维导电材料领域的领先研究人员Gogotsi合作，解决了制造可以编织，穿着和洗涤的导电纱的挑战。

Gogotsi的小组隶属于Drexel团队，该团队于2011年发现了称为MXenes的高导电二维材料，从那时起一直在探索其卓越的性能和应用。他的小组表明，它可以合成与水混合的MXene，而无需添加任何添加剂或表面活性剂即可制成油墨和喷涂涂料。这一发现使它们成为制造可用于功能性织物的导电纱线的天然候选者。

Gogotsi说：“研究人员已探索在纱线中添加石墨烯和碳纳米管涂层，我们小组过去也研究了许多碳涂层。”“但是到目前为止，要达到我们用MXenes所证明的电导率水平是不可能的。它接近银纳米线涂覆的纱线的电导率，但是由于其溶解和有害作用，银在纺织工业中的使用受到了严重限制。而且，MXenes可以用来增加电能存储能力，传感，电磁干扰屏蔽和许多其他有用的特性给纺织品。”

碳化钛MXene的基本形式看起来像黑色粉末。但实际上它是由仅几个原子厚的薄片组成的，可以制成各种尺寸的薄片。较大的薄片意味着更大的表面积和更大的电导率，因此该团队发现可以通过用较小的薄片渗透单个纤维，然后在纱线本身上涂一层较大的片状MXene来提高纱线的性能。

进行测试

该团队使用三种常见的纤维素基纱线(棉，竹和亚麻)制成了导电纱线。他们通过浸涂(一种标准的染色方法)来涂覆MXene材料，然后通过在工业编织机上编织全织物进行测试来测试它们，这种编织机用于制造您将在今年秋天看到的大多数毛衣和围巾。

每种类型的纱线都使用三种不同的针迹图案(单面针织，半规和互锁)编织成三种不同的织物色板，以确保它们足够耐用，可以容纳从紧密针织的毛衣到宽松的围巾的任何纺织品。

研究人员写道：“能够编织具有不同针迹样式的MXene涂层纤维素基纱线，使我们能够控制织物特性，例如各种应用的孔隙率和厚度。”

为了在技术应用中测试新线程，该团队开发了一些触敏纺织品，这是Levi's和Yves Saint Laurent作为Google提花计划的一部分正在探索的纺织品。

不仅基于MXene的导电丝能够抵抗工业编织机的磨损，而且所生产的织物在经过一系列测试证明其耐用性之后仍能幸免。研究小组报告说，即使经过数十次纺纱循环后，拉扯，扭曲，弯曲以及最重要的是洗涤都不会降低纱线的触摸感应能力。

向前推进

但是研究人员认为，使用MXene涂层导电纱线生产这些特殊纺织品的最终优势是可以将所有功能无缝集成到纺织品中。因此，这些能量存储设备和天线也不必由外部电池来为可穿戴设备供电或将其无线连接到智能手机，也可以由织物制成，这种集成虽然实际上是接缝的，但却是一种更为平滑的方法。整合技术。

他们写道：“导电纱线对于可穿戴应用来说是最典型的，因为可以将它们设计成在多种技术中执行特定功能。”

使用导电纱还意味着通过针织过程可以进行更多的技术定制和创新。这组作者说，例如，“将来可以通过改变纱线类型，针迹样式，活性材料负载和介电层来进一步提高针织压力传感器的性能，从而导致更高的电容变化”。

迪翁功能织物中心的团队已经在多个项目中对该开发进行了测试，包括与纺织品制造商Apex Mills的合作，后者是汽车座椅和内饰材料的领先生产商之一。Gogotsi建议，这项工作的下一步将是调整涂层工艺，以将特定量的导电MXene材料添加到纱线中以用于特定用途。

Gogotsi说：“使用这种MXene纱线，可以实现许多应用。”“您可以考虑用它制作汽车座椅，以便汽车知道乘客的身材和体重，以优化安全设置;纺织压力传感器可以在运动服装中监控性能，或者编织成地毯以帮助相连房屋辨别多少人在家里，您的想象力就是极限。”