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(Foco Nanowerk) Los textiles electrónicos o e-textiles son tejidos que integran electrónica y otros materiales funcionales para agregar funcionalidad avanzada más allá de la ropa básica. Investigaciones anteriores han incorporado nanomateriales conductores, como nanotubos de carbono, en fibras textiles o recubrimientos para crear tejidos con propiedades útiles como conductividad, detección, almacenamiento de energía y blindaje electromagnético. Sin embargo, la fabricación eficiente y rentable de textiles electrónicos escalables sigue siendo un desafío.
Recientemente, una clase de materiales bidimensionales de carburo metálico llamados MXenes ha demostrado potencial para tecnologías portátiles y textiles electrónicos debido a su excepcional conductividad eléctrica y flexibilidad. Los MXenes son de gran interés para la comunidad científica debido a sus excepcionales propiedades eléctricas y mecánicas. Son altamente conductores, flexibles y fácilmente procesables en agua, lo que los convierte en candidatos adecuados para aplicaciones electrónicas. Sin embargo, el uso de MXenes se ha visto obstaculizado por varios desafíos, incluido el alto costo de su material precursor, conocido como MAX, y su escasa durabilidad en ambientes extremos.
Hasta ahora, sólo una pequeña parte del material precursor MXene se ha utilizado para la producción de textiles electrónicos.
Ahora investigadores de la Universidad de Shandong en China han informado al respecto. Materiales funcionales avanzados (“Del uso “100%” de MAX/MXene al desarrollo directo de textiles electrónicos multifuncionales y portátiles en ambientes extremos”) una estrategia novedosa para maximizar completamente el uso de MXenes para producir textiles electrónicos multifuncionales de una manera simple, asequible y fácil. manera manera escalable. Su enfoque convierte los residuos de MXene previamente desechados en tintas funcionales para tejidos duraderos y de alto rendimiento.
Los MXenes son una clase relativamente nueva de materiales bidimensionales de carburo y nitruro metálicos que se han mostrado prometedores para aplicaciones como el almacenamiento de energía, el blindaje electromagnético y la electrónica portátil. Se fabrican grabando capas específicas de un material precursor llamado MAX. Sin embargo, un desafío importante fue que los métodos de fabricación típicos de MXene utilizan solo entre el 10 y el 20 % de MAX y se desperdician grandes cantidades de material no utilizado.
El nuevo enfoque del equipo tiene como objetivo utilizar el 100% del MAX para producir textiles electrónicos multifuncionales de una manera rentable y respetuosa con el medio ambiente. El equipo recolectó todo el sedimento de grabado MAX no utilizado, que contiene una mezcla de MAX parcialmente grabado, láminas de MXene multicapa y algunas escamas de MXene monocapa. Este sedimento, junto con las monocapas de MXene restantes, se concentró en una tinta viscosa sin aditivos.
Luego, la tinta se usó en un proceso simple de recubrimiento directo con cuchilla para recubrir telas no tejidas porosas y flexibles de polietileno/polipropileno. Los numerosos grupos funcionales de los materiales MXene les permitieron adherirse firmemente a las fibras textiles y formar un tejido flexible y conductor. Para mejorar aún más sus propiedades, los investigadores aplicaron un tratamiento químico de reticulación. Esto mejoró la hidrofobicidad, la estabilidad y la resistencia a la oxidación del textil electrónico.
Las pruebas han demostrado las extraordinarias capacidades del tejido multifuncional. Una de las características destacadas de estos textiles electrónicos basados en MXene es su capacidad de protección EMI. Al ajustar el contenido de MXene, se podría controlar en gran medida la conductividad eléctrica y la eficacia del blindaje electromagnético. De 8,2 a 40 GHz, se logró un efecto de blindaje de banda ultraancha de más de 58 dB, que cumple y supera los requisitos comerciales. En nuestro mundo cada vez más conectado, la capacidad de proteger los dispositivos electrónicos de las interferencias electromagnéticas es crucial. Los textiles electrónicos desarrollados en este estudio demostraron una importante eficacia de protección contra EMI, superando a otros materiales. Esto los hace importantes para aplicaciones de defensa, aeroespaciales e incluso de electrónica portátil cotidiana.
Otro aspecto destacable es el rendimiento electrotérmico y fototérmico del e-textil. Imagina una chaqueta hecha de este material que no sólo te mantiene abrigado, sino que también puede eludirse en condiciones invernales extremas. El textil electrónico MXene podría convertir la electricidad en calor de forma rápida y eficiente, permitiendo aplicaciones de gestión térmica, deshielo y calefacción portátil. Además, mostró excelentes propiedades fototérmicas bajo irradiación de luz, calentándose rápidamente desde temperatura ambiente hasta 85 °C en condiciones seguras. Esto permitió que la sustancia matara las bacterias y desarrollara un fuerte efecto antibacteriano.
Los investigadores también destacaron la durabilidad y fiabilidad de estos textiles electrónicos. A través de un proceso de reticulación química, a los textiles electrónicos se les ha mejorado la hidrofobicidad, la resistencia al agua y la estabilidad a la oxidación. Esto garantiza que el material pueda soportar condiciones duras, ampliando aún más su gama de usos.
El estudio no es sólo un ejercicio teórico; Ofrece soluciones prácticas. Los investigadores demostraron la escalabilidad de su enfoque produciendo un textil electrónico a gran escala y subrayaron su viabilidad comercial. El proceso no sólo es escalable sino también rentable, superando uno de los principales obstáculos en la adopción generalizada de materiales tan avanzados.
Los investigadores enfatizan que su método de fabricación permite la producción escalable y asequible de textiles MXene-E utilizando todo el rendimiento del grabado MAX sin desperdiciar ningún material. El sencillo método de recubrimiento directo no requirió ningún procesamiento complejo o costoso. El tejido conductor flexible resultante demostró capacidades multifuncionales excepcionales en una variedad de condiciones. Es importante destacar que el tratamiento químico de reticulación proporciona al material una excelente estabilidad y confiabilidad, manteniendo un alto rendimiento incluso después de una deformación mecánica extensa y en ambientes hostiles.
Este trabajo muestra el enorme potencial de explotar de manera óptima los MXenes para fabricar textiles electrónicos con funciones útiles integradas que incluyen blindaje electromagnético, calentamiento y acción antibacteriana. El rendimiento sólido, la facilidad de la técnica de fabricación y el bajo costo apuntan a aplicaciones del mundo real en electrónica portátil, terapia térmica, suministros médicos, defensa, aeroespacial y más.
En el futuro, más investigaciones pueden aprovechar estos hallazgos para explotar plenamente los MXenes y traducir sus interesantes propiedades en tecnologías prácticas de textiles electrónicos. El impacto a largo plazo de esta estrategia podría ser la producción en masa sostenible de sustancias inteligentes que puedan detectar, adaptarse y responder a su entorno.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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