關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您將幫助確保未來能夠繼續講述有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事。
一名士兵在阿富汗或伊拉克的戰場上被路邊炸彈嚴重炸傷。當他躺在車輛旁邊,無法拿起無線電聯絡部隊告知其位置和狀況時,傷口流出的血液滲入了他的襯衫。幸運的是,襯衫的纖維塗有圓柱形的奈米級碳分子,這些分子含有能夠檢測到白蛋白(血液中常見的一種蛋白質)存在的抗體。襯衫感應到穿著者正在流血,並透過襯衫的碳奈米管(導電性比銅高1000倍)傳送訊號,啟用士兵腰帶上的緊急無線電頻率信標。附近的巡邏隊接收到這個求救訊號,並迅速趕來援助他們受傷的戰友。
這可能像是科幻小說中的情節,但密歇根大學安娜堡分校的工程學教授尼古拉斯·科托夫表示,正在進行的塗有碳奈米管和其他奈米級物質的織物開發,有朝一日可能會使這種智慧服裝成為現實。科托夫和幾位同事已經邁出了第一步,他們創造了碳奈米管塗層棉纖維,並將其編織成幾平方英寸大小的織物樣品。他們在美國化學學會期刊《奈米快報》上報告了這一成果。
檢視包含奈米管塗層線影像的幻燈片
科托夫說,早期版本的此類織物是透過將金屬絲編織到布料中製成的。問題是,這種服裝不僅穿著不舒服,而且其中的金屬會隨著時間推移而腐蝕。透過用不會腐蝕的碳奈米管塗覆棉纖維,研究人員創造了高導電性但相對柔軟的紗線,這種紗線不會腐蝕。
該工藝包括首先將棉線浸入Nafion聚合物(一種在20世紀60年代後期杜邦公司首次發現的化學物質),然後在含有單壁碳奈米管和聚苯乙烯磺酸鹽 (PSS) (一種有時可用作棉花染色改良劑的聚合物)的黑色溶液中浸泡,然後讓其乾燥。Nafion聚合物對棉線進行預處理,使碳奈米管能夠附著在其上,而PSS溶液則防止奈米管結塊,因為奈米管有結塊的趨勢,科托夫說。這個過程只需幾分鐘,重複進行直到棉線飽和。
科托夫說:“一旦我們看到這些線具有導電性,我們就決定加入一些智慧功能。” 這涉及到在碳奈米管內部和之間的空間中新增抗體。“當織物暴露於血液時,抗體[從]碳奈米管中釋放出來,導電性大大提高。”
科托夫承認血液是一個有點極端的例子。他設想,注入碳奈米管的織物含有各種抗體,這些抗體將對不同的醫療狀況做出反應,並充當生物監測和遠端醫療感測器。下一步是生產更大塊的織物,並弄清楚如何將其與通訊裝置(如短波無線電或手機)整合。
現在判斷這種智慧織物是否可以機洗、需要送去幹洗還是根本不能洗還為時過早。“我不確定這種織物是否會隨著時間的推移而失去導電性,”科托夫承認道。
也許最大的挑戰將是如何在將碳奈米管組合製成更大材料時,利用其強度和導電性。科托夫報告說,他最近在這方面取得了成功,他和他的同事找到了一種方法,透過在奈米片和類似於白膠的奈米級聚合物之間傳遞應力,將奈米材料的強度傳遞給更大的材料[參見《大眾科學網站》的“製造強度堪比鋼鐵的塑膠”]。結果類似於磚牆,其中粘土奈米片“磚塊”由水溶性聚乙烯醇“砂漿”粘合在一起,形成一張塑膠片,科托夫說,這種塑膠片與鋼鐵一樣堅固。