碳纳米管服装或可在紧急情况下发挥作用 [幻灯片]

密歇根大学的一位研究人员将棉花涂上碳纳米管,希望能制成能够提醒急救人员受伤受害者的服装

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一名士兵在阿富汗或伊拉克的战场上被路边炸弹严重炸伤。当他躺在车辆旁边,无法拿起无线电联络部队告知其位置和状况时,伤口流出的血液渗入了他的衬衫。幸运的是,衬衫的纤维涂有圆柱形的纳米级碳分子,这些分子含有能够检测到白蛋白(血液中常见的一种蛋白质)存在的抗体。衬衫感应到穿着者正在流血,并通过衬衫的碳纳米管(导电性比铜高1000倍)发送信号,激活士兵腰带上的紧急无线电频率信标。附近的巡逻队接收到这个求救信号,并迅速赶来援助他们受伤的战友。

这可能像是科幻小说中的情节,但密歇根大学安娜堡分校的工程学教授尼古拉斯·科托夫表示,正在进行的涂有碳纳米管和其他纳米级物质的织物开发,有朝一日可能会使这种智能服装成为现实。科托夫和几位同事已经迈出了第一步,他们创造了碳纳米管涂层棉纤维,并将其编织成几平方英寸大小的织物样品。他们在美国化学学会期刊《纳米快报》上报告了这一成果。

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科托夫说,早期版本的此类织物是通过将金属丝编织到布料中制成的。问题是,这种服装不仅穿着不舒服,而且其中的金属会随着时间推移而腐蚀。通过用不会腐蚀的碳纳米管涂覆棉纤维,研究人员创造了高导电性但相对柔软的纱线,这种纱线不会腐蚀。

该工艺包括首先将棉线浸入Nafion聚合物(一种在20世纪60年代后期杜邦公司首次发现的化学物质),然后在含有单壁碳纳米管和聚苯乙烯磺酸盐 (PSS) (一种有时可用作棉花染色改良剂的聚合物)的黑色溶液中浸泡,然后让其干燥。Nafion聚合物对棉线进行预处理,使碳纳米管能够附着在其上,而PSS溶液则防止纳米管结块,因为纳米管有结块的趋势,科托夫说。这个过程只需几分钟,重复进行直到棉线饱和。

科托夫说:“一旦我们看到这些线具有导电性,我们就决定加入一些智能功能。” 这涉及到在碳纳米管内部和之间的空间中添加抗体。“当织物暴露于血液时,抗体[从]碳纳米管中释放出来,导电性大大提高。”

科托夫承认血液是一个有点极端的例子。他设想,注入碳纳米管的织物含有各种抗体,这些抗体将对不同的医疗状况做出反应,并充当生物监测和远程医疗传感器。下一步是生产更大块的织物,并弄清楚如何将其与通信设备(如短波无线电或手机)集成。

现在判断这种智能织物是否可以机洗、需要送去干洗还是根本不能洗还为时过早。“我不确定这种织物是否会随着时间的推移而失去导电性,”科托夫承认道。

也许最大的挑战将是如何在将碳纳米管组合制成更大材料时,利用其强度和导电性。科托夫报告说,他最近在这方面取得了成功,他和他的同事找到了一种方法,通过在纳米片和类似于白胶的纳米级聚合物之间传递应力,将纳米材料的强度传递给更大的材料[参见《大众科学网站》的“制造强度堪比钢铁的塑料”]。结果类似于砖墙,其中粘土纳米片“砖块”由水溶性聚乙烯醇“砂浆”粘合在一起,形成一张塑料片,科托夫说,这种塑料片与钢铁一样坚固。

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