Naukowcy w UK pracują nad ekologicznymi e-ubraniami

Nowy materiał, który ma pozwolić na łatwe wytwarzanie biodegradowalnych e-tekstyliów, naukowcy z University of Southampton przedstawili na łamach magazynu "Energy & Environmental Materials".

Materiał otrzymał nazwę SWEET (Smart, Wearable, and Eco-friendly Electronic Textiles).

E-tekstylia to materiały z wbudowanymi komponentami elektronicznymi – np. różnego typu czujnikami. Mogą być wykorzystywane w codziennych zastosowaniach, a także do produkcji odzieży sportowej pomagającej poprawiać wyniki, czy w celach medycznych do monitorowania parametrów organizmu.

Jak podkreślają badacze, ubrania tego typu muszą być trwałe, bezpieczne i wygodne. Coraz więcej uwagi poświęca się także temu, aby były przyjazne dla środowiska i nie zanieczyszczały go po zakończeniu użytkowania.

"Integracja komponentów elektronicznych z konwencjonalnymi tekstyliami utrudnia późniejszy recykling, ponieważ często zawiera one metale, takie jak srebro, które nie ulegają łatwej biodegradacji. Nasze potencjalne, ekologiczne podejście polega na wyborze bardziej bezpiecznych materiałów i metod produkcji. Rozwiązuje ono przedstawiony problem, umożliwiając rozkład tkaniny po jej utylizacji" – podkreśla prof. Nazmul Karim, autor publikacji.

Wynalazek składa się z trzech warstw: warstwy sensorycznej, warstwy pośredniczącej z czujnikami oraz tkaniny bazowej. Jako bazę wykorzystano tkaninę Tencel uzyskiwaną z drewna i ulegającą biodegradacji.

Aktywna elektronika została wykonana z grafenu oraz polimeru o nazwie PEDOT: PSS. Aktywne, przewodzące materiały są precyzyjnie nakładane na tkaninę za pomocą techniki druku atramentowego.

Z udziałem pięciu ochotników badacze przetestowali próbki materiału pod kątem ciągłego monitorowania parametrów fizjologicznych. Fragmenty tkaniny zostały przymocowane do noszonych przez uczestników rękawic.

Wyniki potwierdziły, że materiał może skutecznie i niezawodnie mierzyć np. tętno czy temperaturę na poziomie zgodnym z profesjonalnymi standardami.

"Możliwość niezawodnego monitorowania zgodnego ze standardami, przy użyciu ekologicznych materiałów to znaczący krok naprzód. Pokazuje, że zrównoważony rozwój nie musi odbywać się kosztem funkcjonalności, zwłaszcza w kluczowych zastosowaniach, takich jak opieka zdrowotna" – mówi prof. Shaila Afroj, członkini zespołu.

W kolejny kroku badacze zakopali swój materiał w ziemi, aby zmierzyć jego właściwości związane z biodegradacją.

Po czterech miesiącach tkanina straciła 48 proc. swojej masy i 98 proc. wytrzymałości, co sugeruje stosunkowo szybki i skuteczny rozkład. Ponadto analiza cyklu życia wykazała, że elektrody na bazie grafenu mają do 40 razy mniejszy wpływ na środowisko, niż standardowe.

"Nasza analiza cyklu życia materiału pokazuje, że e-tekstylia na bazie grafenu mają znacznie mniejszy ślad środowiskowy w porównaniu z tradycyjną elektroniką. Dzięki temu stanowią bardziej odpowiedzialny wybór dla branż dążących do ograniczenia swojego wpływu na środowisko naturalne" – zwraca uwagę Marzia Dulal z UWE Bristol.

Jednocześnie druk atramentowy jest bardziej zrównoważonym podejściem do produkcji e-tekstyliów w porównaniu do tradycyjnego druku sitowego, ponieważ umożliwia nanoszenie dokładnych ilości materiałów funkcjonalnych na tkaniny, w zależności od potrzeb, z niemal zerową ilością odpadów oraz mniejszym zużyciem wody i energii.

"W obliczu rosnącego zanieczyszczenia, nasze badanie pomaga wypełnić lukę w pracach dotyczących biodegradacji e-tekstyliów. Te materiały staną się coraz ważniejsze w naszym życiu, szczególnie w obszarze opieki zdrowotnej. Dlatego naprawdę ważne jest, abyśmy rozważali, jak uczynić je bardziej ekologicznymi, zarówno w produkcji, jak i w procesie utylizacji" – mówi prof. Karim.

Badacze zamierzają kontynuować projektowanie odzieży wykonanej z materiału SWEET, która mogłaby znaleźć zastosowanie w sektorze opieki zdrowotnej, szczególnie w zakresie wczesnego wykrywania i zapobiegania chorobom serca, na które cierpi 640 milionów ludzi na całym świecie.