セルロース糸を使った電子繊維の大きな可能性

Apr 02, 2023

電子テキスタイルは、さまざまな分野、特にヘルスケアに革新的な新たな機会をもたらします。 しかし、持続可能であるためには、再生可能な素材で作られている必要があります。 スウェーデンのチャルマーズ工科大学が率いる研究チームは、電子テキスタイルに魅力的で実用的な可能性をもたらす、導電性セルロースで作られた糸を発表しました。

「小型のウェアラブル電子機器は、私たちの日常生活でこれまで以上に一般的になってきています。しかし現在、それらは希少な材料、場合によっては有毒な材料に依存していることが多く、また、電子機器廃棄物の膨大な山が徐々に蓄積されることにもつながっています。 「電子繊維に使用するための有機で再生可能な材料が本当に必要とされています」と、チャルマーズ工科大学およびワレンバーグ木材科学センターの化学および化学工学科の博士課程の学生であり、科学論文の筆頭著者であるソザン・ダラビ氏は言います。 ASC Applied Materials & Interfaces に最近掲載された記事。

ソザン ダラビ氏は、同じグループの研究者であるアンジャ ルンド氏とともに、数年間にわたり電子テキスタイル用の導電性繊維の研究に取り組んできました。 以前はシルクに焦点が当てられていましたが、現在はセルロースの使用によって発見がさらに進められています。

研究者によって現在発表されている結果セルロース糸が電子繊維の材料として大きな可能性を秘めており、さまざまな方法で使用できることを示します。

標準的な家庭用ミシンを使用して、導電性のセルロース糸を布地に縫い付けることで、研究者らは、たとえば人の体温などで片面が加熱されると、少量の電気を発生する熱電織物の製造に成功した。 摂氏 37 度の温度差で、繊維は約 0.2 マイクロワットの電力を生成できます。

「このセルロース糸は、無毒で再生可能な天然素材で作られた、電子的でスマートな機能を組み込んだ衣類につながる可能性があります」とダラビ氏は言う。

セルロース糸の製造プロセスは、フィンランドのアアルト大学の共著者によって開発されました。 その後のプロセスで、チャーマーズの研究者らは、導電性ポリマー材料で糸を染色することで糸に導電性を与えました。 研究者らの測定結果は、染色プロセスによりセルロース糸に記録的な高い導電率が与えられ、銀ナノワイヤーを添加することでさらに導電率を高めることができることを示した。 テストでは、数回洗浄した後も導電性が維持されました。

電子テキスタイルは、いくつかの方法で私たちの生活を改善する可能性があります。 重要な分野の 1 つはヘルスケアであり、さまざまな健康指標の規制、監視、測定などの機能が非常に有益となる可能性があります。

持続可能な原材料への転換が重要な継続的な課題となっている繊維業界全体では、合成繊維に代わる天然素材や繊維の選択肢がますます一般的になってきています。 研究者らは、ここでも導電性セルロース糸が重要な役割を果たす可能性があると述べている。

「セルロースは、持続的に抽出してリサイクルできる素晴らしい素材であり、将来的にはますます使用されることになるでしょう。そして、製品が均一な素材で作られているか、可能な限り少ない素材で作られていると、リサイクルプロセスがはるかに簡単になり、 「これは、セルロース糸が電子テキスタイルの開発に非常に有望であることを示すもう 1 つの観点です」と、この研究の研究リーダーであり、チャルマーズ工科大学化学・化学工学部の教授であるクリスチャン・ミュラー氏は述べています。

チャルマーズの研究チームのこの研究は、スウェーデン、フィンランド、韓国の研究者らと協力して、国立研究センターであるワレンバーグ木材科学センター内で行われている。

ソザン・ダラビ氏とクリスチャン・ミュラー氏は、この研究が単なる最新の科学出版物以上の成果をもたらしたと信じている。 ソザン・ダラビ氏は学生から導電性繊維材料の第一人者へと成長しましたが、これはミュラー氏にとって非常にやりがいのあることであり、研究チームにとって大きな力になると考えています。

ストックホルム王立工科大学（KTH）のグループも、スウェーデンの国立研究センターであるヴァレンベルグ木材科学センターを通じて、この研究の研究と出版に関わっている。 KTH の研究者は、繊維の電気化学的側面に焦点を当てています。 KTH のこのグループと協力して、チャルマーズ研究チームは現在、アイデアを次のレベルに引き上げる方法を計画しています。

導電性糸は、生体適合性ポリマー「高分子電解質複合体ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン):ポリ(スチレンスルホン酸) (PEDOT: PSS)」をベースにしたインクによる「レイヤー・オン・レイヤー」コーティングプロセスで製造されます。 研究者らが開発したe-テキスタイル糸は、体積あたり36 S/cmというセルロース糸としては記録的な高い導電率を測定し、銀ナノワイヤーを追加することで181 S/cmまで高めることができる。 PEDOT:PSS でコーティングされた糸は、導電性を失うことなく少なくとも 5 回の洗濯機での洗浄に耐えます。 研究者らは、セルロース糸を電気化学トランジスタに組み込むことで、その電気化学的機能を実証することもできました。

人類の歴史を通じて、繊維は天然繊維とセルロースから作られてきました。 しかし、20 世紀半ば以降、特にファッション業界では、衣類に合成繊維が使用されることが多くなりました。 現在、持続可能な代替品に対する注目と意識が高まっているため、天然繊維やテキスタイルへの関心が戻り、高まっています。 H&MやLindexなどのスウェーデンの大手チェーンは、より持続可能な素材で生産される衣料品の割合を増やすという高い目標を設定している。

研究者らが使用したセルロース繊維は、教授で共著者のハーバート・シクスタ率いるフィンランドのグループによって開発されたイオンセル® タイプのものです。

- このプレスリリースはもともとチャルマーズ工科大学のウェブサイトに掲載されたものです。 スタイルに合わせて編集されています