Gran potencial para textiles electrónicos fabricados con hilo de celulosa

Apr 02, 2023

Los textiles electrónicos ofrecen nuevas oportunidades revolucionarias en varios campos, en particular en el cuidado de la salud. Pero para ser sostenibles, deben estar hechos de materiales renovables. Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, presenta ahora un hilo hecho de celulosa conductora, que ofrece posibilidades fascinantes y prácticas para los textiles electrónicos.

"Los dispositivos electrónicos portátiles y en miniatura son cada vez más comunes en nuestra vida diaria. Pero actualmente, a menudo dependen de materiales raros o, en algunos casos, tóxicos. También están conduciendo a una acumulación gradual de grandes montañas de desechos electrónicos. Existe una necesidad real de materiales orgánicos y renovables para su uso en textiles electrónicos", dice Sozan Darabi, estudiante de doctorado en el Departamento de Química e Ingeniería Química de la Universidad Tecnológica de Chalmers y el Centro de Ciencias de la Madera de Wallenberg, y autor principal del estudio científico artículo que se publicó recientemente en ASC Applied Materials & Interfaces.

Junto con Anja Lund, investigadora del mismo grupo, Sozan Darabi trabaja desde hace varios años con fibras conductoras de electricidad para textiles electrónicos. Anteriormente, la atención se centró en la seda, pero ahora los descubrimientos se han llevado más allá mediante el uso de celulosa.

Los resultados presentados ahora por los investigadoresmuestran cómo el hilo de celulosa ofrece un enorme potencial como material para textiles electrónicos y se puede utilizar de muchas maneras diferentes.

Al coser los hilos de celulosa eléctricamente conductores en una tela usando una máquina de coser doméstica estándar, los investigadores ahora han logrado producir un textil termoeléctrico que produce una pequeña cantidad de electricidad cuando se calienta en un lado, por ejemplo, por el calor del cuerpo de una persona. A una diferencia de temperatura de 37 grados centígrados, el tejido puede generar alrededor de 0,2 microvatios de electricidad.

"Este hilo de celulosa podría dar lugar a prendas con funciones inteligentes electrónicas integradas, fabricadas con materiales no tóxicos, renovables y naturales", dice Darabi.

El proceso de producción del hilo de celulosa ha sido desarrollado por coautores de la Universidad Aalto de Finlandia. En un proceso posterior, los investigadores de Chalmers hicieron que el hilo fuera conductor al teñirlo con un material polimérico eléctricamente conductor. Las mediciones de los investigadores muestran que el proceso de teñido le da al hilo de celulosa una conductividad récord, que se puede aumentar aún más mediante la adición de nanocables de plata. En las pruebas, la conductividad se mantuvo después de varios lavados.

Los textiles electrónicos podrían mejorar nuestras vidas de varias maneras. Un área importante es la atención médica, donde funciones como regular, monitorear y medir varias métricas de salud podrían ser enormemente beneficiosas.

En la industria textil en general, donde la conversión a materias primas sostenibles es una cuestión vital en curso, los materiales y fibras naturales se han convertido en una opción cada vez más común para reemplazar a los sintéticos. Los hilos de celulosa eléctricamente conductores también podrían desempeñar un papel importante aquí, dicen los investigadores.

"La celulosa es un material fantástico que se puede extraer y reciclar de manera sostenible, y veremos que se usa cada vez más en el futuro. Y cuando los productos están hechos de un material uniforme, o con la menor cantidad de materiales posible, el proceso de reciclaje se vuelve mucho más fácil y eficiente". más eficaz. Esta es otra perspectiva desde la que el hilo de celulosa es muy prometedor para el desarrollo de textiles electrónicos", dice Christian Müller, líder de investigación del estudio y profesor del Departamento de Química e Ingeniería Química de la Universidad Tecnológica de Chalmers.

Este trabajo del equipo de investigación de Chalmers se realiza dentro del centro de investigación nacional Wallenberg Wood Science Center, en cooperación con colegas en Suecia, Finlandia y Corea del Sur.

Tanto Sozan Darabi como Christian Müller creen que la investigación ha resultado en mucho más que la última publicación científica. Sozan Darabi ha pasado de ser un estudiante a un destacado experto en materiales de fibra conductora de electricidad, algo que Müller considera muy 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 Royal Institute of Technology (KTH) de Estocolmo también participó en la investigación y publicación del estudio. Los investigadores de KTH se centran en los aspectos electroquímicos de las fibras. Junto con este grupo de KTH, el equipo de investigación de Chalmers ahora está planeando formas de llevar las ideas al siguiente nivel.

El hilo eléctricamente conductor se produce en un proceso de recubrimiento "capa sobre capa" con una tinta basada en el polímero biocompatible "poli(3,4-etilendioxitiofeno) polielectrolito complejo):poli(sulfonato de estireno) (PEDOT: PSS)". El hilo textil electrónico desarrollado por los investigadores mide una conductividad récord para el hilo de celulosa en relación con el volumen de 36 S/cm, que se puede aumentar a 181 S/cm agregando nanocables de plata. El hilo recubierto con PEDOT: PSS puede soportar al menos cinco lavados a máquina sin perder su conductividad. Al integrar el hilo de celulosa en un transistor electroquímico, los investigadores también pudieron demostrar su función electroquímica.

A lo largo de la historia humana, los textiles se han fabricado a partir de fibra natural y celulosa. Pero desde mediados del siglo XX, las fibras sintéticas se han vuelto más comunes en nuestra ropa, particularmente en la industria de la moda. Con un mayor enfoque y conciencia ahora sobre las alternativas sostenibles, el interés por las fibras naturales y los textiles está regresando y creciendo. Las grandes cadenas suecas como H&M y Lindex se han fijado objetivos elevados para aumentar la proporción de prendas producidas con materiales más sostenibles.

La fibra de celulosa que han utilizado los investigadores es del tipo Ioncell®, desarrollada por el grupo finlandés, liderado por el profesor y coautor Herbert Sixta.

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web de la Universidad Tecnológica de Chalmers. Ha sido editado por estilo.