211service.com
Tøj, der renser sig selv
Forskere ved Monash University i Victoria, Australien, har fundet en måde at belægge fibre med titaniumdioxid nanokrystaller, som nedbryder mad og snavs i sollys. Forskerne, ledet af organisk kemiker og nanomaterialeforsker Walid Daoud , har lavet naturlige fibre som uld, silke og hamp, der automatisk fjerner mad, snavs og endda rødvinspletter, når de udsættes for sollys.
Vin være væk: Uldfibre skal modificeres kemisk for at modtage en stabil belægning af titaniumdioxid nanokrystaller, som nedbryder organisk materiale i sollys. Rødvinspletter efterlader ikke ubelagte fibre selv efter 20 timer (øverst til højre); umodificerede nanokrystal-coatede fibre viser nogle pletter (midt til højre). Pletten er næsten væk i kemisk modificerede fibre på grund af de fast fæstnede nanokrystaller (nederst til højre).
Daoud og hans kolleger belægger fibrene med et tyndt, usynligt lag af titaniumdioxid nanopartikler. Titandioxid, som bruges i solcremer, tandpasta og maling, er en stærk fotokatalysator: i nærvær af ultraviolet lys og vanddamp danner det hydroxylradikaler, som oxiderer eller nedbryder organisk materiale. Men, siger Daoud, kan disse nanokrystaller ikke nedbryde uld og er uskadelige for huden. Desuden ændrer belægningen ikke stoffets udseende og følelse.
Når man brænder noget, oxiderer man det, siger man Jeffrey Youngblood , en materialeingeniørprofessor ved Purdue University, som udvikler selvrensende materialer, der afviser olie. Denne [titaniumdioxidbelægning] brænder bare organisk stof ved stuetemperatur i nærvær af lys.
Titandioxid kan også ødelægge patogener såsom bakterier i nærvær af sollys ved at nedbryde mikroorganismernes cellevægge. Dette skulle gøre selvrensende stoffer særligt nyttige på hospitaler og andre medicinske omgivelser. Daoud siger, at selvrensende egenskaber vil blive en standardfunktion i fremtidige tekstiler og andre almindeligt anvendte materialer for at opretholde hygiejnen og forhindre spredning af patogen infektion, især da patogene mikroorganismer kan overleve på tekstiloverflader i op til tre måneder.
Ideen om at bruge titaniumdioxid til at lave selvrensende overflader er ikke ny. Titandioxidpulver tilsættes til maling og som en gennemsigtig belægning (cirka 10 nanometer tyk) på glas for at lave selvrensende vinduer.
Til at lave selvrensende uld bruger Daoud og hans kolleger nanokrystaller af titaniumdioxid, der er fire til fem nanometer store. Tidligere har forskerne lavet selvrensende bomuld ved at belægge det med disse nanokrystaller. Men at belægge uld, silke og hamp har vist sig at være sværere. Disse fibre er lavet af et protein kaldet keratin, som ikke har nogen reaktive kemiske grupper på overfladen til at binde med titaniumdioxid.
Forskerne modificerer kemisk overfladen af uldfibre og tilføjer kemiske grupper kaldet carboxylgrupper, som stærkt tiltrækker titaniumdioxid. Derefter dypper de fibrene i en titaniumdioxid nanokrystalopløsning. Forskerne har skitseret denne proces i et papir, der for nylig udkom online i tidsskriftet Materialernes kemi .
I papiret viser forskerne, hvordan materialet tåler rødvinspletter, som er notorisk svære at fjerne. Titaniumdioxid-belagt uld viser næsten ingen tegn på den røde plet efter 20 timers udsættelse for simuleret sollys, mens den ubehandlede uld forbliver dristigt plettet. Andre pletter forsvinder hurtigere: kaffepletter forsvinder på to timer, mens blå blækpletter forsvinder på sytten timer.
Forskellige typer af selvrensende materialer, der indeholder nanopartikler, er blevet udviklet tidligere. Pletafvisende stoffer og maling, der i øjeblikket er på markedet, har typisk en nanopartikel- eller nanofiberbelægning, der får væskedråber til at rulle af i stedet for at blive absorberet i materialet. De flydende dråber tager små partikler af snavs og snavs med sig.
Flere materialer er på forskningsstadiet. Disse omfatter mikrostrukturerede, teflon-lignende materialer, der afviser olie fra deres overflade. (Se Ikke flere tommelfingeraftryk .) Purdue's Youngblood har lavet et materiale, der ændrer dets struktur alt efter om det er i kontakt med olie eller vand, hvilket får vand til at sprede sig ud i en tynd film og olie perler op, så det løber af eller let er tørres af med vand. (Se Selvrensende, dugfri forruder.)
Alle disse materialer er baseret på at gøre overfladen olie- eller vandafvisende, siger Youngblood. Dette er et koncept, der er helt anderledes end den nye titaniumdioxidbelægning. Vi kontrollerer befugtning og overfladeinteraktion, siger han. Titandioxidbelægninger nedbryder på den anden side organisk stof. Det har intet at gøre med overfladens fugtighed overhovedet. Her fjerner du ikke det, der er på overfladen: du brænder det af.
Hver af disse teknikker til fremstilling af selvrensende materialer har sine egne begrænsninger. Superhydrofobe materialer, som afviser vand, er typisk gode til at fjerne snavspartikler, men håndterer ikke olier godt, siger Youngblood. Materialer, der afviser olie, såsom det, han har udviklet, fungerer muligvis ikke med visse typer olie. De titaniumdioxid-belagte materialer vil derimod ikke fungere, medmindre de udsættes for sollys i timevis.
Sollyskravet har ikke forhindret teknologien i at få kommerciel interesse. Flere uldproducenter har foreslået, at de gerne vil evaluere teknologien, siger Daoud. Han forventer, at selvrensende uld vil være tilgængelig på markedet inden for to år, når tilstrækkelige laboratorie- og industriforsøg er gennemført.