211service.com
Kläder som rengör sig själva
Forskare vid Monash University, i Victoria, Australien, har hittat ett sätt att belägga fibrer med titandioxid nanokristaller, som bryter ner mat och smuts i solljus. Forskarna, ledda av organisk kemist och nanomaterialforskare Walid Daoud , har gjort naturliga fibrer som ull, siden och hampa som automatiskt tar bort mat, smuts och till och med rödvinsfläckar när de utsätts för solljus.
Vin är borta: Ullfibrer måste modifieras kemiskt för att få en stabil beläggning av titandioxid nanokristaller, som bryter ner organiskt material i solljus. Rödvinsfläckar lämnar inte obelagda fibrer även efter 20 timmar (överst till höger); omodifierade nanokristallbelagda fibrer visar några fläckar (mitten till höger). Fläcken är nästan borta i kemiskt modifierade fibrer på grund av de stadigt fästa nanokristallerna (nederst till höger).
Daoud och hans kollegor täcker fibrerna med ett tunt, osynligt lager av titandioxidnanopartiklar. Titandioxid, som används i solskyddsmedel, tandkräm och färg, är en stark fotokatalysator: i närvaro av ultraviolett ljus och vattenånga bildar den hydroxylradikaler, som oxiderar eller sönderdelar organiskt material. Men, säger Daoud, dessa nanokristaller kan inte bryta ner ull och är ofarliga för huden. Dessutom ändrar beläggningen inte tygets utseende och känsla.
När man bränner något oxiderar man det, säger man Jeffrey Youngblood , en materialteknikprofessor vid Purdue University, som utvecklar självrengörande material som stöter bort olja. Denna [titandioxidbeläggning] bränner bara organiskt material vid rumstemperatur i närvaro av ljus.
Titandioxid kan också förstöra patogener som bakterier i närvaro av solljus genom att bryta ner cellväggarna hos mikroorganismerna. Detta bör göra självrengörande tyger särskilt användbara på sjukhus och andra medicinska miljöer. Daoud säger att självrengörande egenskaper kommer att bli en standardfunktion för framtida textilier och andra vanliga material för att upprätthålla hygienen och förhindra spridning av patogena infektioner, särskilt eftersom patogena mikroorganismer kan överleva på textila ytor i upp till tre månader.
Tanken på att använda titandioxid för att göra självrengörande ytor är inte ny. Titandioxidpulver tillsätts färger och som en transparent beläggning (ungefär 10 nanometer tjock) på glas för att göra självrengörande fönster.
För att göra självrengörande ull använder Daoud och hans kollegor nanokristaller av titandioxid som är fyra till fem nanometer stora. Tidigare har forskarna gjort självrengörande bomull genom att belägga den med dessa nanokristaller. Men beläggning av ull, siden och hampa har visat sig svårare. Dessa fibrer är gjorda av ett protein som kallas keratin, som inte har några reaktiva kemiska grupper på sin yta för att binda med titandioxid.
Forskarna modifierar kemiskt ytan på ullfibrer och lägger till kemiska grupper som kallas karboxylgrupper, som starkt drar till sig titandioxid. Sedan doppar de fibrerna i en nanokristalllösning av titandioxid. Forskarna har beskrivit denna process i en artikel som nyligen dök upp online i tidskriften Materialkemi .
I uppsatsen visar forskarna hur materialet står sig mot rödvinsfläckar, som är notoriskt svåra att ta bort. Titandioxidbelagd ull visar nästan inga tecken på den röda fläcken efter 20 timmars exponering för simulerat solljus, medan den obehandlade ullen förblir djärvt färgad. Andra fläckar försvinner snabbare: kaffefläckar försvinner på två timmar, medan blåfärgade fläckar försvinner på sjutton timmar.
Olika typer av självrengörande material som innehåller nanopartiklar har utvecklats tidigare. Fläckavvisande tyger och färger som för närvarande finns på marknaden har vanligtvis en nanopartikel- eller nanofiberbeläggning som gör att vätskedroppar rullar av istället för att absorberas i materialet. De flytande dropparna tar med sig små partiklar av smuts och smuts.
Mer material är på forskningsstadiet. Dessa inkluderar mikrostrukturerade, teflonliknande material som studsar olja från ytan. (Se Inga fler tumavtryck .) Purdue's Youngblood har gjort ett material som ändrar sin struktur beroende på om det är i kontakt med olja eller vatten, vilket gör att vatten sprider sig till en tunn film och olja pärlas upp så att det rinner av eller är lätt torkas av med vatten. (Se Självrengörande, imfria vindrutor.)
Alla dessa material är baserade på att göra ytan olje- eller vattenavvisande, säger Youngblood. Detta är ett koncept som är helt annorlunda än det för den nya titandioxidbeläggningen. Vi kontrollerar vätbarhet och ytinteraktion, säger han. Titandioxidbeläggningar å andra sidan bryter ned organiskt material. Det har ingenting med ytvätbarhet att göra. Här tar du inte bort det som finns på ytan: du bränner av det.
Var och en av dessa tekniker för att göra självrengörande material har sina egna begränsningar. Superhydrofoba material, som stöter bort vatten, är vanligtvis bra på att ta bort smutspartiklar men hanterar inte oljor bra, säger Youngblood. Material som stöter bort olja, som det som han har utvecklat, kanske inte fungerar med vissa typer av olja. De titandioxidbelagda materialen kommer å andra sidan inte att fungera om de inte utsätts för solljus i timmar.
Kravet på solljus har inte hindrat tekniken från att få kommersiellt intresse. Flera ulltillverkare har föreslagit att de skulle vilja utvärdera tekniken, säger Daoud. Han förväntar sig att självrengörande ull ska finnas tillgänglig på marknaden inom två år, när tillräckligt med laboratorie- och industriförsök har genomförts.