研究人员开发出能导电的新型棉纤维

研究人员开发出一种新型纤维，它既有棉花的柔韧性，又有聚合物聚苯胺的导电性。这种创新材料在《碳水化合物聚合物》（Carbohydrate Polymers）期刊中做了详细介绍，它显示出了制造可穿戴电子纺织品的潜力，可用于健康监测和危险暴露检测等应用。

华盛顿州立大学开发的一种单股纤维同时具有棉花的柔韧性和一种名为聚苯胺的聚合物的导电性，显示出在可穿戴电子纺织品方面的巨大潜力。华盛顿州立大学的研究人员用一个为 LED 灯供电的系统和另一个感应氨气的系统测试了这种纤维，并在《碳水化合物聚合物》杂志上详细介绍了他们的研究成果。

新开发的纤维的显微图像，显示其并排混合的一面是棉花，另一面含有可携带电流的聚苯胺聚合物。资料来源：华盛顿州立大学

华盛顿州立大学纺织品研究员、该研究的通讯作者刘航（音译）说：”我们将一种纤维分为两部分：一部分是传统的棉花：柔韧性和强度足以满足日常使用，而另一面则是导电材料。棉花可以支撑导电材料，而导电材料可以提供所需的功能。”

可穿戴技术的潜在应用

虽然还需要更多的开发工作，但研究人员的想法是将这样的纤维集成到服装中，作为带有柔性电路的传感器贴片。这些贴片可以成为消防员、士兵或处理化学品的工人制服的一部分，以检测是否接触到危险物质。其他应用还包括健康监测或运动衬衫，它们比目前的健身监测器能做得更多。

刘说：”我们现在有一些智能可穿戴设备，比如智能手表可以跟踪你的运动和人体生命体征，但我们希望将来你的日常服装也能实现这些功能。时尚并不像很多人认为的那样只是颜色和款式，时尚就是科学本身。”

华盛顿州立大学纺织品研究员刘航。资料来源：华盛顿州立大学 Dean Hare

技术挑战与解决方案

在这项研究中，华盛顿州立大学团队努力克服将导电聚合物与棉纤维素混合的难题。聚合物是一种具有重复模式的大分子物质。在这种情况下，研究人员使用了聚苯胺（又称 PANI），这是一种具有导电性能的合成聚合物，已被用于印刷电路板制造等应用中。

虽然聚苯胺本身具有导电性，但它比较脆，无法制成纺织品纤维。为了解决这个问题，西悉尼大学的研究人员将从回收的 T 恤衫中提取的棉纤维素溶解到一种溶液中，并将导电聚合物溶解到另一种单独的溶液中。然后将这两种溶液并排合并在一起，挤出材料制成一根纤维。

华盛顿州立大学纺织品研究员 Hang Liu 观看新开发纤维的显微图像，图像显示纤维并排混合，一面是棉，另一面含有可携带电流的聚苯胺聚合物。资料来源：华盛顿州立大学 Dean Hare

结果显示界面结合良好，这意味着不同材料的分子在拉伸和弯曲过程中都能保持在一起，在棉纤维素和聚苯胺的界面上实现适当的混合是一个微妙的平衡。

刘说：”我们希望这两种溶液能够发挥作用，这样当棉花和导电聚合物相互接触时，它们就会在一定程度上混合在一起，形成一种粘合剂，但我们又不希望它们混合得太多，否则导电性能就会降低。”

参考文献：《用于可穿戴电子纺织品的纤维素基导电复合纤维的新型结构设计》，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》。