Ubrania, które same się czyszczą

Naukowcy z Uniwersytetu Monash w Wiktorii w Australii znaleźli sposób na powlekanie włókien nanokryształami dwutlenku tytanu, które w świetle słonecznym rozkładają żywność i brud. Naukowcy pod kierunkiem chemika organicznego i badacza nanomateriałów Walid Daoud , wyprodukowali naturalne włókna, takie jak wełna, jedwab i konopie, które automatycznie usuwają jedzenie, brud, a nawet plamy z czerwonego wina pod wpływem światła słonecznego.

Wino zniknęło: Włókna wełniane muszą być chemicznie modyfikowane, aby otrzymać trwałą powłokę nanokryształów dwutlenku tytanu, które rozkładają materię organiczną pod wpływem światła słonecznego. Plamy z czerwonego wina nie pozostawiają niepowlekanych włókien nawet po 20 godzinach (u góry po prawej); Niemodyfikowane włókna pokryte nanokryształem wykazują pewne plamy (w środku po prawej). W chemicznie modyfikowanych włóknach plama prawie zniknęła z powodu mocno przyczepionych nanokryształów (na dole po prawej).

Daoud i jego koledzy pokrywają włókna cienką, niewidoczną warstwą nanocząstek dwutlenku tytanu. Dwutlenek tytanu, który jest używany w kremach przeciwsłonecznych, pastach do zębów i farbach, jest silnym fotokatalizatorem: w obecności światła ultrafioletowego i pary wodnej tworzy rodniki hydroksylowe, które utleniają lub rozkładają materię organiczną. Jednak, mówi Daoud, te nanokryształy nie mogą rozkładać wełny i są nieszkodliwe dla skóry. Co więcej, powłoka nie zmienia wyglądu i dotyku tkaniny.

Kiedy coś spalasz, utleniasz to, mówi Jeffrey Youngblood , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Purdue, która opracowuje materiały samoczyszczące, które odpychają olej. Ta [powłoka z dwutlenku tytanu] po prostu spala materię organiczną w temperaturze pokojowej w obecności światła.

Dwutlenek tytanu może również niszczyć patogeny, takie jak bakterie, w obecności światła słonecznego, rozbijając ściany komórkowe mikroorganizmów. Powinno to sprawić, że samoczyszczące tkaniny będą szczególnie przydatne w szpitalach i innych placówkach medycznych. Daoud twierdzi, że właściwości samoczyszczące staną się standardową cechą przyszłych tekstyliów i innych powszechnie stosowanych materiałów w celu utrzymania higieny i zapobiegania rozprzestrzenianiu się infekcji chorobotwórczych, zwłaszcza że mikroorganizmy chorobotwórcze mogą przetrwać na powierzchni tekstyliów nawet do trzech miesięcy.

Pomysł wykorzystania dwutlenku tytanu do samooczyszczania powierzchni nie jest nowy. Sproszkowany dwutlenek tytanu jest dodawany do farb i jako przezroczysta powłoka (o grubości około 10 nanometrów) na szkle w celu uzyskania samoczyszczących okien.

Do produkcji wełny samoczyszczącej Daoud i jego koledzy używają nanokryształów dwutlenku tytanu o wielkości od czterech do pięciu nanometrów. W przeszłości naukowcy wytwarzali samoczyszczącą się bawełnę, pokrywając ją tymi nanokryształami. Jednak powlekanie wełny, jedwabiu i konopi okazało się trudniejsze. Włókna te zbudowane są z białka zwanego keratyną, które nie posiada na swojej powierzchni żadnych reaktywnych grup chemicznych, które wiążą się z dwutlenkiem tytanu.

Naukowcy chemicznie modyfikują powierzchnię włókien wełnianych, dodając grupy chemiczne zwane grupami karboksylowymi, które silnie przyciągają dwutlenek tytanu. Następnie zanurzają włókna w roztworze nanokryształów dwutlenku tytanu. Naukowcy opisali ten proces w artykule, który niedawno ukazał się w czasopiśmie internetowym Chemia materiałów .

W artykule naukowcy pokazują, w jaki sposób materiał wytrzymuje plamy z czerwonego wina, które są niezwykle trudne do usunięcia. Wełna pokryta dwutlenkiem tytanu nie wykazuje prawie żadnych śladów czerwonej plamy po 20 godzinach ekspozycji na symulowane światło słoneczne, podczas gdy niepoddana obróbce wełna pozostaje śmiało zaplamiona. Inne plamy znikają szybciej: plamy z kawy znikają po dwóch godzinach, a plamy z niebieskiego atramentu znikają po siedemnastu godzinach.

W przeszłości opracowano różne rodzaje materiałów samoczyszczących zawierających nanocząsteczki. Odporne na plamy tkaniny i farby, które są obecnie dostępne na rynku, zazwyczaj mają powłokę z nanocząstek lub nanowłókna, która powoduje, że krople cieczy spływają zamiast wnikać w materiał. Krople cieczy zabierają ze sobą drobne drobinki brudu i brudzą się.

Więcej materiałów jest na etapie badań. Należą do nich mikrostrukturalne, podobne do teflonu materiały, które odbijają olej od ich powierzchni. (Zobacz No More Thumbprints ). wytrzeć wodą. (Patrz Samoczyszczące, nieparujące szyby przednie .)

Wszystkie te materiały opierają się na tym, że powierzchnia jest odporna na olej lub wodę, mówi Youngblood. Jest to koncepcja całkowicie odmienna od nowej powłoki z dwutlenku tytanu. Kontrolujemy zwilżalność i interakcje powierzchniowe, mówi. Z drugiej strony powłoki z dwutlenku tytanu degradują materię organiczną. Nie ma to nic wspólnego z zwilżalnością powierzchni. Tutaj nie usuwasz tego, co jest na powierzchni: spalasz to.

Każda z tych technik wytwarzania materiałów samoczyszczących ma swoje ograniczenia. Materiały superhydrofobowe, które odpychają wodę, są zazwyczaj dobre w usuwaniu cząstek brudu, ale nie radzą sobie dobrze z olejami, mówi Youngblood. Materiały odpychające olej, takie jak ten, który opracował, mogą nie działać z niektórymi rodzajami oleju. Z drugiej strony materiały powlekane dwutlenkiem tytanu nie będą działać, jeśli nie będą wystawione na światło słoneczne przez wiele godzin.

Zapotrzebowanie na światło słoneczne nie powstrzymało technologii przed zainteresowaniem komercyjnym. Kilku producentów wełny zasugerowało, że chcieliby ocenić tę technologię, mówi Daoud. Oczekuje, że samoczyszczące się wełny będą dostępne na rynku w ciągu dwóch lat, po przeprowadzeniu wystarczających testów laboratoryjnych i przemysłowych.

ukryć