智能涂层可以精确应用使织物成为防护装备

根据最近的一项研究，达特茅斯学院研究人员开发的一种耐用的铜基涂层可以精确地集成到织物中，以制造反应灵敏且可重复使用的材料，例如防护设备、环境传感器和智能过滤器。

该团队在美国化学学会杂志(JACS)上报告称，该涂层通过将有毒气体转化为毒性较小的物质并困在织物中来应对空气中存在的有毒气体。

这些发现取决于一种导电金属有机技术或框架，该技术或框架是通讯作者、达特茅斯学院化学副教授凯瑟琳·米里卡(KatherineMirica)实验室开发的。该框架于2017年首次在JACS中报道，它是一种简单的涂层，可以层叠在棉花和聚酯上以制造智能织物，研究人员将其命名为SOFT——纺织品自组织框架。他们的论文表明，SOFT智能织物可以检测和捕获周围环境中的有毒物质。

对于最新的研究，研究人员发现——而不是2017年报道的简单涂层——他们可以使用铜前体将框架精确地嵌入到织物中，这使他们能够创建特定的图案并更有效地填充线之间的微小间隙和孔.

研究人员发现，该框架技术有效地将毒素一氧化氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐，并将有毒、易燃气体硫化氢转化为硫化铜。他们还报告说，该框架捕获和转化有毒物质的能力经得起磨损和标准洗涤。

Mirica说，新方法提供的多功能性和耐用性将使该框架能够应用于特定用途和更精确的位置，例如防护服上的传感器，或作为特定环境中的过滤器。

“这种新的沉积方法意味着电子纺织品可能会与更广泛的系统连接，因为它们非常坚固，”她说。“这项技术进步为框架结合过滤和传感能力的其他应用铺平了道路，这些应用在生物医学环境和环境修复中可能很有价值。”

印在织物上的铜(上)被金属有机框架(下)取代，能够检测和捕获有毒气体。图片来源：凯瑟琳·米里卡

Mirica说，这项技术最终也可能成为一种低成本的替代技术，以替代那些成本高昂且在需要能源或稀有金属(例如汽车中的催化转换器)可以部署的地方受到限制的技术。

“在这里，我们依靠地球上丰富的物质来解毒有毒化学物质，而且我们在没有任何外部能量输入的情况下进行，所以我们不需要高温或电流来实现这一功能，”Mirica说。

共同第一作者MichaelKo，获得博士学位。Mirica说，他于2020年获得达特茅斯大学的化学博士学位，最初在2018年观察到新工艺，当时他试图将金属有机框架沉积到薄膜铜基电极上。但是铜电极将被框架取代。

“他希望它在电极之上，而不是取代它们，”米里卡说。“我们花了四年时间才弄清楚发生了什么以及它是如何有益的。这是一个非常简单的过程，但它背后的化学反应却并非如此，我们花了一些时间以及学生和合作者的额外参与来理解这一点。”

Mirica说，该团队发现金属有机框架在铜上“生长”，用一种具有过滤和转化有毒气体能力的材料取而代之。Ko和合著者LukaszMendecki(2017-18年在MiricaGroup的博士后学者)研究了在特定设计和图案中将框架材料应用于织物的方法。

共同第一作者、Mirica小组的研究生AileenEagleton通过优化将金属有机框架印到织物上的过程，以及确定其结构和性能如何受到化学暴露和反应条件的影响，最终确定了该技术。

Mirica说，未来的工作将集中在开发新的多功能框架材料和扩大将金属有机涂层嵌入织物的过程。