Ce nouveau fil ?! — Les appareils textiles portables et lavables sont possibles avec MXene

Les chercheurs de Drexel ont développé un moyen d'enduire le fil de cellulose de flocons d'un type de matériau conducteur bidimensionnel, appelé MXene, pour lui conférer la conductivité et la durabilité dont il a besoin pour être tricoté en tissus fonctionnels.

Produire des tissus fonctionnels qui remplissent toutes les fonctions souhaitées, tout en conservant les caractéristiques des tissus auxquels nous sommes habitués, n'est pas une tâche facile.

Deux groupes de chercheurs de l'Université Drexel — l'un, qui dirige le développement de techniques industrielles de production de tissus fonctionnels, et l'autre, un pionnier dans l'étude et l'application de l'un des supermatériaux les plus résistants et les plus conducteurs d'électricité utilisés aujourd'hui — pensent qu'ils avoir une solution.

Ils ont amélioré un élément de base du textile : le fil. En ajoutant des capacités techniques aux fibres qui confèrent aux textiles leur caractère, leur coupe et leur toucher, l'équipe a montré qu'elle pouvait intégrer de nouvelles fonctionnalités aux tissus sans limiter leur portabilité.

Dans un article récemment publié dans la revue Advanced Functional Materials, les chercheurs, dirigés parIouri Gogotsi, PhD, université distinguée et professeur Bach au Drexel's College of Engineering, etGeneviève Dion, professeur au Westphal College of Media Arts & Design et directeur du Center for Functional Fabrics de Drexel, a montré qu'ils pouvaient créer un fil hautement conducteur et durable en enduisant des fils à base de cellulose standard avec un type de matériau conducteur bidimensionnel appelé MXene.

« Les appareils portables actuels utilisent des batteries conventionnelles, qui sont encombrantes et inconfortables, et peuvent imposer des limites de conception au produit final », écrivent-ils. « Par conséquent, le développement de fils flexibles, électrochimiquement et électromécaniquement actifs, qui peuvent être conçus et tricotés pour former des tissus complets, offrent des perspectives nouvelles et pratiques pour la production évolutive de dispositifs textiles. »

L'équipe a rapporté que son fil conducteur contient davantage de matériau conducteur dans les fibres et peut être tricoté par une machine à tricoter industrielle standard pour produire un textile doté de capacités de performances électriques de premier ordre. Cette combinaison de capacité et de durabilité se démarque aujourd’hui du reste du domaine des tissus fonctionnels.

La plupart des tentatives visant à transformer les textiles en technologies portables utilisent des fibres métalliques rigides qui modifient la texture et le comportement physique du tissu. D'autres tentatives visant à fabriquer des textiles conducteurs à l'aide de nanoparticules d'argent, de graphène et d'autres matériaux carbonés soulèvent des préoccupations environnementales et ne répondent pas aux exigences de performance. Et les méthodes de revêtement qui parviennent à appliquer suffisamment de matériau sur un substrat textile pour le rendre hautement conducteur ont également tendance à rendre les fils et les tissus trop cassants pour résister à l'usure normale.

"Certains des plus grands défis dans notre domaine consistent à développer à grande échelle des fils fonctionnels innovants qui soient suffisamment robustes pour être intégrés dans le processus de fabrication textile et résister au lavage", a déclaré Dion. « Nous pensons qu’il est crucial de démontrer la fabricabilité de tout nouveau fil conducteur au cours des étapes expérimentales. Une conductivité électrique et des performances électrochimiques élevées sont importantes, tout comme les fils conducteurs qui peuvent être produits par un processus simple et évolutif avec des propriétés mécaniques adaptées à l'intégration textile. Tous doivent être pris en considération pour le développement réussi d’appareils de nouvelle génération pouvant être portés comme des vêtements de tous les jours.

Dion a été une pionnière dans le domaine de la technologie portable, en s'appuyant sur son expérience en matière de mode et de design industriel pour produire de nouveaux processus permettant de créer des tissus dotés de nouvelles capacités technologiques. Son travail a été reconnu par le ministère de la Défense, qui comprenait Drexel et Dion, dans son effort Advanced Functional Fabrics of America visant à faire du pays un leader dans ce domaine.

Elle a fait équipe avec Gogotsi, chercheur de premier plan dans le domaine des matériaux conducteurs bidimensionnels, pour relever le défi consistant à fabriquer un fil conducteur qui résisterait au tricot, au port et au lavage.