Gros potentiel pour les textiles électroniques fabriqués avec du fil de cellulose

Apr 02, 2023

Les textiles électroniques offrent de nouvelles opportunités révolutionnaires dans divers domaines, notamment la santé. Mais pour être durables, ils doivent être fabriqués à partir de matériaux renouvelables. Une équipe de recherche dirigée par l'Université de technologie de Chalmers, en Suède, présente maintenant un fil en cellulose conductrice, qui offre des possibilités fascinantes et pratiques pour les textiles électroniques.

"Les gadgets électroniques miniatures portables sont de plus en plus courants dans notre vie quotidienne. Mais actuellement, ils dépendent souvent de matériaux rares, voire toxiques. Ils entraînent également une accumulation progressive de grandes montagnes de déchets électroniques. Il existe un réel besoin de matériaux organiques et renouvelables à utiliser dans les textiles électroniques », déclare Sozan Darabi, doctorant au Département de chimie et de génie chimique de l'Université de technologie de Chalmers et du Wallenberg Wood Science Center, et auteur principal de l'étude scientifique article récemment publié dans ASC Applied Materials & Interfaces.

Avec Anja Lund, chercheuse dans le même groupe, Sozan Darabi travaille depuis plusieurs années sur les fibres conductrices d'électricité pour les textiles électroniques. Auparavant, l'accent était mis sur la soie, mais maintenant les découvertes ont été poussées plus loin grâce à l'utilisation de la cellulose.

Les résultats maintenant présentés par les chercheursmontrent comment le fil de cellulose offre un énorme potentiel en tant que matériau pour les textiles électroniques et peut être utilisé de différentes manières.

En cousant les fils de cellulose électriquement conducteurs dans un tissu à l'aide d'une machine à coudre domestique standard, les chercheurs ont maintenant réussi à produire un textile thermoélectrique qui produit une petite quantité d'électricité lorsqu'il est chauffé d'un côté, par exemple, par la chaleur corporelle d'une personne. À une différence de température de 37 degrés Celsius, le textile peut générer environ 0,2 microwatt d'électricité.

"Ce fil de cellulose pourrait conduire à des vêtements dotés de fonctions électroniques intelligentes intégrées, fabriqués à partir de matériaux non toxiques, renouvelables et naturels", explique Darabi.

Le processus de production du fil de cellulose a été développé par des co-auteurs de l'Université Aalto en Finlande. Dans un processus ultérieur, les chercheurs de Chalmers ont rendu le fil conducteur en le colorant avec un matériau polymère électriquement conducteur. Les mesures des chercheurs montrent que le processus de teinture confère au fil de cellulose une conductivité record, qui peut encore être augmentée grâce à l'ajout de nanofils d'argent. Lors des tests, la conductivité a été maintenue après plusieurs lavages.

Les textiles électroniques pourraient améliorer nos vies de plusieurs façons. Un domaine important est celui des soins de santé, où des fonctions telles que la réglementation, la surveillance et la mesure de divers paramètres de santé pourraient être extrêmement bénéfiques.

Dans l'industrie textile au sens large, où la conversion en matières premières durables est une question vitale permanente, les matériaux et fibres naturels sont devenus un choix de plus en plus courant pour remplacer les matières synthétiques. Les fils de cellulose électriquement conducteurs pourraient également avoir un rôle important à jouer ici, selon les chercheurs.

"La cellulose est un matériau fantastique qui peut être extrait et recyclé de manière durable, et nous le verrons de plus en plus utilisé à l'avenir. Et lorsque les produits sont fabriqués dans un matériau uniforme, ou avec le moins de matériaux possible, le processus de recyclage devient beaucoup plus facile et C'est une autre perspective à partir de laquelle le fil de cellulose est très prometteur pour le développement des textiles électroniques », déclare Christian Müller, directeur de recherche pour l'étude et professeur au Département de chimie et de génie chimique de l'Université de technologie de Chalmers.

Ce travail de l'équipe de recherche de Chalmers est effectué au sein du centre de recherche national Wallenberg Wood Science Center, en coopération avec des collègues en Suède, en Finlande et en Corée du Sud.

Sozan Darabi et Christian Müller pensent que la recherche a abouti à bien plus qu'une simple publication scientifique. Sozan Darabi est passé d'un étudiant à un expert de premier plan dans les matériaux à fibres conductrices d'électricité, ce que Müller considère comme très gratifiant et une grande force pour son équipe de recherche.

Par l'intermédiaire du centre de recherche national suédois Wallenberg Wood Science Center, un groupe de l'Institut royal de technologie de Stockholm (KTH) a également participé à la recherche et à la publication de l'étude. Les chercheurs du KTH se concentrent sur les aspects électrochimiques des fibres. En collaboration avec ce groupe de KTH, l'équipe de recherche Chalmers envisage maintenant des moyens de faire passer les idées au niveau supérieur.

Le fil électriquement conducteur est produit dans un procédé de revêtement « couche sur couche » avec une encre à base du polymère biocompatible « polyélectrolyte complexe poly(3,4-éthylènedioxythiophène) : poly(styrène sulfonate) (PEDOT : PSS) ». Le fil e-textile développé par les chercheurs mesure une conductivité record pour le fil de cellulose par rapport au volume de 36 S/cm-, qui peut être augmentée à 181 S/cm en ajoutant des nanofils d'argent. Le fil enduit de PEDOT : PSS peut supporter au moins cinq lavages en machine sans perdre sa conductivité. En intégrant le fil de cellulose dans un transistor électrochimique, les chercheurs ont également pu démontrer sa fonction électrochimique.

Tout au long de l'histoire humaine, les textiles ont été fabriqués à partir de fibres naturelles et de cellulose. Mais depuis le milieu du XXe siècle, les fibres synthétiques se sont généralisées dans nos vêtements, notamment dans l'industrie de la mode. Avec l'attention et la sensibilisation accrues aux alternatives durables, l'intérêt pour les fibres et les textiles naturels revient et grandit. De grandes chaînes suédoises telles que H&M et Lindex se sont fixé des objectifs ambitieux pour augmenter la proportion de vêtements fabriqués à partir de matériaux plus durables.

La fibre de cellulose que les chercheurs ont utilisée est de type Ioncell®, développée par le groupe finlandais, dirigé par le professeur et co-auteur Herbert Sixta.

- Ce communiqué de presse a été initialement publié sur le site Web de l'Université de technologie de Chalmers. Il a été modifié pour le style