Ученые разработали метод создания электропроводных тканей с восстановленным оксидом графена, пригодный для массового производства. Предполагается, что технология позволит производить около 150 метров ткани в минуту, сообщается в исследовании, опубликованном в журнале ACS Nano.

Ученые уже много лет пытаются создавать устройства и материалы на основе графена. Но, как правило, они получаются дорогими и слабо приспособленными к реальному применению из-за того, что для их производства применяются сложные многоступенчатые методы.

Исследователи под руководством нобелевского лауреата Константина Новоселова научились создавать электропроводные ткани с восстановленным оксидом графена простым и масштабируемым методом. Для начала с помощью часто применяемого метода Хаммерса создается оксид графена. Затем он восстанавливается под действием дитионита натрия до восстановленного оксида графена, который имеет аналогичную графену структуру, но отличатся от него наличием дефектов и невосстановленных участков.

Поскольку обычно восстановленный оксид графена из-за своей гидрофобности в водных растворах стремится к агрегации в большие частицы, ученые стабилизировали его, присоединив полистеренсульфонат. В результате авторы получили коллоидный раствор плоских частиц восстановленного оксида графена со средней толщиной 2,2 нанометра и шириной 4,86 микрометров.

Схема производства графеновой ткани. Nazmul Karim et al. / ACS Nano, 2017

Для нанесения таких частиц на ткань ученые использовали широко распространенный в текстильной промышленности метод. Ткань пропускается через емкость с раствором материала для нанесения, а затем высушивается в специальной установке, причем весь процесс происходит на конвейере и непрерывно для всей длины полотна.

Пропитывание ткани коллоидным раствором графеновых частиц. Nazmul Karim et al. / ACS Nano, 2017

Исследователи проверили нанесение раствора частиц на хлопковую ткань. Они пропитывали ее в течение нескольких секунд, а затем высушивали при 100 градусах Цельсия в течение пяти минут. После этого они исследовали ткань с помощью сканирующего электронного микроскопа и выяснили, что после нанесения частицы равномерно оседают на волокна ткани. Также авторы протестировали износостойкость такой ткани. Оказалось, что ее электропроводность падает после мытья или сильных сгибаний, но не до нуля, а постепенно, по мере увеличения количества таких процедур.

Исследователи предложили использовать проводимость такой ткани для создания носимых сенсоров, и продемонстрировали, как изменяется ее сопротивление при сгибании руки с закрепленным на ней фрагментом ткани. Они считают, что при использовании промышленного оборудования один станок сможет производить до 150 метров такой ткани в минуту.

Недавно исследователи создали нити для «умной одежды» на основе другой аллотропной модификации углерода — нанотрубок. Особенность таких нитей заключается в том, что при растяжении они вырабатывают электрический ток. Исследователи продемонстрировали светодиод, который работает от растяжения всего одной нити.

Автор: Григорий Копиев