'스마트' 코팅으로 직물을 보호 장비로 만들 수 있다

Jun 10, 2023

정밀하게 적용된 금속-유기 기술은 공기 중의 독성 가스를 감지하고 포집합니다.

최근 연구에 따르면 Dartmouth 연구진이 개발한 내구성 있는 구리 기반 코팅을 직물에 정밀하게 통합하여 보호 장비, 환경 센서, 스마트 필터와 같은 반응성이 뛰어나고 재사용 가능한 소재를 만들 수 있다고 합니다.

코팅은 공기 중 독성 가스의 존재에 반응하여 이를 직물에 갇히게 되는 덜 독성인 물질로 변환한다고 팀은 미국 화학 학회지(Journal of the American Chemical Society)에 보고했습니다.

이번 발견은 교신 저자이자 화학과 부교수인 Katherine Mirica의 실험실에서 개발된 전도성 금속-유기 기술 또는 프레임워크에 달려 있습니다. 2017년 JACS에서 처음 보고된 이 프레임워크는 면과 폴리에스테르 위에 겹쳐서 연구원들이 SOFT—Self-Organized Framework on Textiles라고 명명한 스마트 직물을 만들 수 있는 간단한 코팅이었습니다. 그들의 논문에서는 SOFT 스마트 직물이 주변 환경의 독성 물질을 감지하고 포착할 수 있음을 보여주었습니다.

무슨 일이 일어나고 있는지, 그리고 그것이 어떻게 유익한지 알아내는 데 4년이 걸렸습니다. 이는 매우 간단한 과정이지만 그 이면의 화학은 그렇지 않습니다.

최신 연구에서 연구원들은 2017년에 보고된 단순한 코팅 대신 특정 패턴을 생성하고 실 사이의 작은 틈과 구멍을 보다 효과적으로 채울 수 있는 구리 전구체를 사용하여 직물에 프레임워크를 정확하게 내장할 수 있음을 발견했습니다. . 연구진은 프레임워크 기술이 독소인 산화질소를 아질산염과 질산염으로 효과적으로 전환하고, 유독한 가연성 가스인 황화수소를 황화구리로 전환시키는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 독성 물질을 포착하고 변환하는 프레임워크의 능력이 표준 세탁뿐만 아니라 마모를 견뎌냈다고 보고했습니다.

Mirica는 새로운 방법이 제공하는 다양성과 내구성을 통해 보호복의 센서나 특정 환경의 필터와 같은 특정 용도와 보다 정확한 위치에 프레임워크를 적용할 수 있다고 말했습니다.

“이 새로운 증착 방법은 전자 직물이 매우 견고하기 때문에 잠재적으로 더 넓은 범위의 시스템과 인터페이스할 수 있다는 것을 의미합니다.”라고 그녀는 말했습니다. "이러한 기술적 진보는 생물의학 환경 및 환경 개선에 가치가 있을 수 있는 프레임워크의 결합된 여과 및 감지 능력을 다른 응용 분야에 적용할 수 있는 길을 열어줍니다."

이 기술은 또한 비용이 많이 들고 에너지원이나 자동차의 촉매 변환기와 같은 희귀 금속을 필요로 하여 배치할 수 있는 곳에 제한이 있는 기술에 대한 저렴한 대안이 될 수도 있다고 Mirica는 말했습니다.

"여기서 우리는 독성 화학 물질을 해독하기 위해 지구에 풍부한 물질에 의존하고 있으며 외부 에너지의 입력 없이 이를 수행하고 있으므로 해당 기능을 달성하기 위해 고온이나 전류가 필요하지 않습니다."라고 Mirica는 말했습니다.

공동 제1저자인 Michael Ko(Guarini '20)는 2018년에 금속-유기 골격을 박막 구리 기반 전극에 증착하려고 시도하면서 처음으로 새로운 공정을 관찰했다고 Mirica는 말했습니다. 그러나 구리 전극은 프레임워크로 대체될 것입니다.

Mirica는 "그는 전극을 교체하는 것이 아니라 전극 위에 설치하기를 원했습니다."라고 말했습니다. “무슨 일이 일어나고 있는지, 그리고 그것이 어떻게 유익한지 파악하는 데 4년이 걸렸습니다. 이는 매우 간단한 과정이지만 그 이면의 화학적 성질은 그렇지 않기 때문에 이를 이해하는 데 시간이 좀 걸리고 학생과 협력자의 추가 참여가 필요했습니다.”

연구진은 금속-유기 구조가 구리 위에서 "성장"하여 이를 독성 가스를 필터링하고 변환할 수 있는 물질로 대체한다는 사실을 발견했다고 Mirica는 말했습니다. Ko와 공동 저자인 Lukasz Mendecki(2017~18년 Mirica 그룹의 박사후 연구원)는 프레임워크 재료를 특정 디자인과 패턴의 직물에 적용하는 방법을 조사했습니다.

공동 제1저자인 Mirica 그룹의 Guarini '23인 Aileen Eagleton은 금속-유기 구조를 직물에 각인하는 공정을 최적화하고 직물의 구조와 특성이 화학적 노출에 의해 어떻게 영향을 받는지 확인함으로써 기술을 완성했습니다. 및 반응 조건.