Проводящий текстиль
наша группа Вконтакте
Одежда, нашпигованная электроникой, еще совсем недавно оставалась лишь выдумкой фантастов. Практической реализации мешало отсутствие доступных растяжимых и свободно гнущихся проводников, а также трудности, с которыми приходится встречаться при встраивании, например, аккумуляторов.
Свое решение проблемы нашел коллектив исследователей из стэнфордского университета. Они предложили покрывать обыкновенные ткани из хлопка и полиэфиров чернилами, состоящими из одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ). Как известно, каждое волокно хлопка состоит из фибрилл, которые в свою очередь состоят из микрофибрилл, состоящих из целлюлозы. Подобная структура позволяет волокнам хлопка абсорбировать большое количество воды или другого полярного растворителя, что приводит к разбуханию волокон при погружении в полярный растворитель. В свою очередь, ОУНТ демонстрирует сильное ван-дер-ваальсовое взаимодействие со многими полимерами, в том числе с целлюлозой, а при обработке кислотой также возникают водородные связи между ОУНТ и целлюлозой.
Вышеперечисленные свойства хлопка и ОУНТ, вкупе с механической гибкостью ОУНТ, обеспечивают равномерное покрытие хлопковых волокон ОУНТ чернилами (рис.1). Сами чернила представляют собой ОУНТ, диспергированные в растворе воды с додецилбензолсульфонатом натрия (ПАВ). Для покрытия ткани чернилами достаточно ее погрузить в раствор "чернил", а затем высушить при температуре 1200С в течение 10 минут для удаления воды (рис.2). Варьируя число погружений и концентрацию чернил, можно получить ткань любой проводимости. Немаловажным обстоятельством является высокая устойчивость проводящих тканей: промывание в воде не выявили заметных изменений структуры.
Крайне важным свойством проводящих тканей для их успешного применения является изменение сопротивления при деформации. Как раз здесь наблюдается аномальное поведение: при растяжении проводимость возрастает до тех пор, пока напряжение не достигнет 140%, что соответствует растяжению в 2.4 раза (рис.3). Такое необычное поведение проводимости объясняется улучшением механического контакта между волокнами, что в свою очередь приводит к лучшему электрическому контакту ОУНТ.
Исследователи использовали созданный ими проводящий текстиль в качестве активного электрода для накопления заряда и токоприемника. В качестве электролита был взят LiPF6 (рис.4). Для того, чтобы сравнить такой ионистор на основе пористого текстиля с обычным ионистором на пластиковой подложке (например, на подложке полиэтилентерефталата), на лист хлопка и на подложку PET были нанесены ОУНТ - чернила одинаковой поверхностной плотности (0.24 мг/см2). Стоит отметить, что удельная емкость текстильного ионистора в 2-3 раза выше аналогичной у ионистора на PET подложке в интервале плотностей тока от 20 мкА/см2 до 20 мА/см2.
Для еще большего увеличения удельной энергии авторы работы нанесли MnO2 на ОУНТ методом электроосаждения (рис.5). Удельная емкость такого ионистора увеличилась в 24 раза (до 0.41 Ф/см2), хотя до этого в литературе указывалось, что нанесение MnO2 увеличивало емкость максимум в 6 раз.
Источник: Nano Letters
