Il rivestimento "intelligente" potrebbe trasformare i tessuti in indumenti protettivi

Jun 10, 2023

La tecnologia metallo-organica applicata con precisione rileva e cattura i gas tossici presenti nell'aria.

Secondo un recente studio, un rivestimento durevole a base di rame sviluppato dai ricercatori di Dartmouth può essere integrato con precisione nel tessuto per creare materiali reattivi e riutilizzabili come dispositivi di protezione, sensori ambientali e filtri intelligenti.

Il rivestimento risponde alla presenza di gas tossici nell'aria convertendoli in sostanze meno tossiche che rimangono intrappolate nel tessuto, riferisce il team sul Journal of American Chemical Society.

I risultati dipendono da una tecnologia conduttiva metallo-organica, o struttura, sviluppata nel laboratorio della corrispondente autrice Katherine Mirica, professoressa associata di chimica. Segnalato per la prima volta in JACS nel 2017, la struttura era un semplice rivestimento che poteva essere stratificato su cotone e poliestere per creare tessuti intelligenti che i ricercatori hanno chiamato SOFT—Self-Organized Framework on Textiles. Il loro articolo ha dimostrato che i tessuti intelligenti SOFT potrebbero rilevare e catturare sostanze tossiche nell'ambiente circostante.

Ci sono voluti quattro anni per capire cosa stava succedendo e come fosse vantaggioso. È un processo molto semplice, ma la chimica che c'è dietro non lo è.

Per lo studio più recente, i ricercatori hanno scoperto che, invece del semplice rivestimento riportato nel 2017, possono incorporare con precisione la struttura nei tessuti utilizzando un precursore di rame che consente loro di creare modelli specifici e riempire in modo più efficace i piccoli spazi e i buchi tra i fili. . I ricercatori hanno scoperto che la tecnologia del quadro converte efficacemente la tossina ossido nitrico in nitrito e nitrato e trasforma il gas velenoso e infiammabile idrogeno solforato in solfuro di rame. Riferiscono inoltre che la capacità della struttura di catturare e convertire materiali tossici ha resistito all'usura, nonché ai lavaggi standard.

La versatilità e la durabilità offerte dal nuovo metodo consentirebbero di applicare la struttura per usi specifici e in posizioni più precise, come un sensore su indumenti protettivi o come filtro in un ambiente particolare, ha affermato Mirica.

"Questo nuovo metodo di deposizione significa che i tessuti elettronici potrebbero potenzialmente interfacciarsi con una gamma più ampia di sistemi perché sono così robusti", ha affermato. “Questo progresso tecnologico apre la strada ad altre applicazioni delle capacità combinate di filtraggio e rilevamento della struttura che potrebbero essere preziose in contesti biomedici e di bonifica ambientale”.

La tecnica potrebbe anche essere un’alternativa a basso costo alle tecnologie che sono proibitive e limitate in quanto possono essere implementate necessitando di una fonte di energia o, come i convertitori catalitici nelle automobili, di metalli rari, ha detto Mirica.

"Qui facciamo affidamento su una materia abbondante sulla Terra per disintossicare le sostanze chimiche tossiche, e lo stiamo facendo senza alcun apporto di energia esterna, quindi non abbiamo bisogno di alte temperature o corrente elettrica per raggiungere quella funzione", ha detto Mirica.

Il co-primo autore Michael Ko, Guarini '20, ha osservato inizialmente il nuovo processo nel 2018 mentre tentava di depositare la struttura metallo-organica su elettrodi a base di rame a film sottile, ha detto Mirica. Ma gli elettrodi di rame verrebbero sostituiti dalla struttura.

"Lo voleva sopra gli elettrodi, non per sostituirli", ha detto Mirica. “Ci sono voluti quattro anni per capire cosa stava succedendo e come fosse vantaggioso. È un processo molto semplice, ma la chimica che c’è dietro non lo è e ci sono voluti un po’ di tempo e un ulteriore coinvolgimento di studenti e collaboratori per capirlo”.

Il team ha scoperto che la struttura metallo-organica “cresce” sul rame, sostituendolo con un materiale con la capacità di filtrare e convertire i gas tossici, ha detto Mirica. Ko e il coautore Lukasz Mendecki, studioso post-dottorato del Mirica Group dal 2017 al 2018, hanno studiato metodi per applicare il materiale della struttura al tessuto in disegni e modelli specifici.

La co-prima autrice Aileen Eagleton, Guarini '23, anch'essa del Gruppo Mirica, ha finalizzato la tecnica ottimizzando il processo per imprimere la struttura metallo-organica sul tessuto, oltre a identificare come la sua struttura e proprietà sono influenzate dall'esposizione chimica e condizioni di reazione.