「スマート」コーティングは生地を保護具に変える可能性がある

Jun 10, 2023

正確に適用された有機金属技術により、空気中の有毒ガスを検出して捕捉します。

最近の研究によると、ダートマスの研究者が開発した耐久性のある銅ベースのコーティングは、布地に正確に統合して、保護具、環境センサー、スマートフィルターなどの応答性が高く再利用可能な素材を作成できることがわかりました。

このコーティングは、空気中の有毒ガスの存在に反応して、それらをより毒性の低い物質に変換し、布地の中に閉じ込められると研究チームはJournal of the American Chemical Societyで報告している。

この発見は、責任著者である化学准教授のキャサリン・ミリカの研究室で開発された導電性金属有機技術、またはフレームワークにかかっています。 2017 年に JACS で最初に報告されたこのフレームワークは、綿とポリエステルに重ねてスマートな生地を作成できる単純なコーティングであり、研究者は SOFT (Self-Organized Framework on Textiles) と名付けました。 彼らの論文は、SOFT スマート ファブリックが周囲環境内の有害物質を検出して捕捉できることを実証しました。

何が起こっているのか、そしてそれがどのように有益なのかを理解するのに 4 年かかりました。 これは非常に単純なプロセスですが、その背後にある化学はそうではありません。

最新の研究では、2017年に報告された単純なコーティングの代わりに、銅前駆体を使用してフレームワークを布地に正確に埋め込むことができ、これにより特定のパターンを作成し、糸間の小さな隙間や穴をより効果的に埋めることができることを研究者らは発見した。 。 研究者らは、フレームワーク技術が有毒な一酸化窒素を亜硝酸塩と硝酸塩に効果的に変換し、有毒な可燃性ガスである硫化水素を硫化銅に変換することを発見した。 彼らはまた、有毒物質を捕捉して変換するフレームワークの能力が、通常の洗濯だけでなく磨耗にも耐えることも報告している。

新しい方法が提供する多用途性と耐久性により、このフレームワークは、防護服のセンサーや特定の環境でのフィルターなど、特定の用途やより正確な場所に適用できるとミリカ氏は述べた。

「この新しい蒸着方法は、電子テキスタイルが非常に堅牢であるため、より広範囲のシステムと接続できる可能性があることを意味します」と彼女は言いました。 「この技術の進歩は、フレームワークの濾過能力と感知能力を組み合わせた他の用途への道を切り開き、生物医学環境や環境修復において価値をもたらす可能性があります。」

この技術は最終的には、エネルギー源や自動車の触媒コンバーターなどのレアメタルを必要とするため、コストが法外に高く、導入できる場所が限られている技術に代わる低コストの代替手段になる可能性がある、とミリカ氏は述べた。

「ここでは、地球に豊富に存在する物質に依存して有毒化学物質を解毒しており、外部エネルギーを一切投入せずにそれを行っているため、その機能を達成するために高温や電流は必要ありません」とミリカ氏は語った。

ミリカ氏によると、グアリーニ '20の共同筆頭著者マイケル・コー氏は、2018年に銅ベースの薄膜電極上に有機金属フレームワークを堆積させようとして、この新しいプロセスを初めて観察したという。 しかし、銅の電極はフレームワークに置き換えられることになる。

「彼は電極を交換するのではなく、電極の上にそれを置くことを望んでいました」とミリカ氏は語った。 「何が起こっているのか、それがどのように有益なのかを理解するのに 4 年かかりました。 これは非常に単純なプロセスですが、その背後にある化学反応はそうではなく、それを理解するのにある程度の時間と学生や共同研究者の追加の関与が必要でした。」

研究チームは、金属有機骨格が銅上で「成長」し、有毒ガスをろ過して変換する能力のある材料に置き換えることを発見したとミリカ氏は述べた。 コー氏と共著者で、2017年から18年にかけてミリカ・グループの博士研究員であるルカシュ・メンデッキ氏は、フレームワーク素材を特定のデザインやパターンの生地に適用する方法を研究した。

共同筆頭著者のアイリーン・イーグルトン氏、グアリーニ '23 氏もミリカ・グループの一員であり、有機金属フレームワークを布地にインプリントするプロセスを最適化し、その構造と特性が化学物質への曝露によってどのような影響を受けるかを特定することにより、この技術を完成させました。そして反応条件。