منسوجات و پارچه‌های مبتنی بر نانو
منسوجات مبتنی بر نانو بر اساس تقاضای فزاینده مشتریان برای داشتن لباس‌های چندمنظوره توسعه یافتند. نانومواد می‌توانند بسیاری از عملکردهای اضافه شده مانند لکه‌زدایی، خاصیت ضد چروکی، خواص ضد الکتریسیته ساکن و رسانایی الکتریکی به الیاف بدون به خطر انداختن راحتی اولیه را به پارچه ارائه دهد.
علاوه بر توسعه وسایل الکترونیکی و نوری، نساجی به عنوان یک بستر ایده‌آل برای ترکیب نانومواد در نظر گرفته می‌شود. چنین منسوجات یکپارچه نانومواد را می‌توان برای دستگاه‌هایی مانند حسگرها، فرستنده‌های داده و واحدهای پردازش توسعه داد. این منسوجات و پارچه‌های مبتنی بر نانو در لباس‌ها ادغام می‌شوند تا انعطاف‌پذیری و راحتی منسوجات را حفظ کنند. همچنین نباید باعث واکنش آلرژیک در بدن شوند.
کاربردهای نانوفناوری در نساجی
پارچه‌های دافع آب با تشکیل نانوویسکر (nanowhiskers) ساخته‌شده از هیدروکربن ایجاد شده‌اند. این مفهوم، از برگ‌های نیلوفر طبیعی الهام گرفته شده است، که در آن قطره آب بدون خیس کردن برگ‌ها بر روی آن می‌لغزد. فاصله بین ویسکرها به اندازه‌ای است که کوچک‌تر از اندازه قطره و بزرگ‌تر از اندازه مولکول آب است و کشش سطحی بالایی را برای قطره آب ایجاد می‌کند.
ساختارهای تقلید پارچه با پوشش نانولوله‌های کربنی در برگ نیلوفر آبی به عنوان پارچه‌های آب‌گریز مورد مطالعه قرار گرفتند. سایر تکنیک‌های مورد بررسی برای به دست آوردن پارچه‌های دافع آب منجر به ایجاد ساختارهای سطحی سه بعدی یا پوشش دادن منسوجات با فیلم‌های مبتنی بر نانو شده است.
پارچه‌های دافع روغن و آب‌گریز به طور همزمان با استفاده از نانوذرات سیلیکون دی‌اکسید (SiO2) اجرا شدند، سطح با مواد شیمیایی جداگانه برای القای آب‌گریزی و چربی‌گریزی پردازش شد. به طور کلی، پارچه‌های آب‌گریز بارهای ساکن بالایی را در منسوجات ایجاد می‌کنند، در حالی که رطوبت در پارچه‌های آب‌دوست، توسعه بارهای ساکن را محدود می‌کند.
نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید (TiO2)، روی اکسید (ZnO) و قلع اکسید (SnO2) دوپ شده برای تولید پارچه‌های ضد الکتریسیته ساکن مورد بررسی قرار گرفتند. این نانوذرات رسانای الکتریکی هستند و ایجاد بارهای ساکن را محدود می‌کنند. پارچه‌های مقاوم در برابر چروک با ترکیب نانوذرات TiO2 با پوشش‌های ویژه گزارش شده است. این نانوذرات پوشش داده شده TiO2 باعث ایجاد اتصال عرضی با مولکول‌های سلولز در پارچه پنبه‌ای می‌شود که از چروک شدن پارچه جلوگیری می‌کند.
منسوجات مبتنی بر نانو برای افزایش استحکام پارچه با استفاده از نانولوله‌های کربنی که در الیاف کامپوزیت پلیمری گنجانده شده‌اند، بیشتر مورد بررسی قرار گرفتند. نانوذرات نیمه‌رسانا جذب‌کننده و پراکنده عالی نور در ناحیه طول موج فرابنفش هستند. اندازه این نانوذرات را می‌توان به گونه‌ای تنظیم کرد که نور نواحی با طول موج‌های مختلف را پراکنده کند.
به عنوان مثال، نانوذرات TiO2 سنتز شده به روش سل-ژل، با اندازه‌ای در محدوده 20 تا 40 نانومتر، می‌توانند نور را در ناحیه طول موج 200-400 نانومتر پراکنده کنند. این منسوجات ترکیب شده با نانوذرات دارای اثر محافظتی در برابر اشعه ماوراء بنفش هستند.
از نانومواد با خواص ضد باکتریایی مانند نقره (Ag)، TiO2، نانوذرات ZnO برای ایجاد خواص ضد باکتریایی و ضد قارچی در منسوجات استفاده می‌شود. نانوذرات نقره در کند کردن رشد باکتری‌هایی که باعث ایجاد بوی بد بدن و خارش می‌شوند، مؤثر هستند. استفاده از نانوذرات نقره در جوراب در جلوگیری از رشد باکتری‌ها و قارچ‌ها مؤثر بود.
منسوجات مبتنی بر نانو برای الکترونیک
منسوجات مبتنی بر نانو کاربردهای فراوانی در دستگاه‌های الکترونیکی نشان داده‌اند. پلیمرهای رسانای الکتریکی مانند پلی پیرول (PPy)، پلی‌تیوفن (PT) و پلی‌آنیلین (PANI) برای توسعه حسگرها و محرک‌ها در مواد نساجی مورد بررسی قرار گرفتند. گزارش شده است ترانزیستورهای اثر میدان در مدارهای منطقی انعطاف‌پذیر از طریق این پلیمرهای رسانا ساخته می‌شوند.
همانطور که در یک نشریه گزارش شده است، منسوجات رسانا از طریق ادغام گرافن لایه‌ای در پارچه پنبه‌ای ساخته شده‌اند. با افزایش چرخه‌های پوشش گرافن بر روی پارچه، رسانایی الکتریکی با سه مرتبه بزرگی (Order of magnitude) افزایش یافته است. منسوجات با مهندسی نانو نیز برای استفاده در چندین دستگاه ذخیره‌سازی انرژی گزارش شده است. نانولوله کربنی و منسوجات کامپوزیت PANI به عنوان ابرخازن انعطاف‌پذیر در یک مطالعه مورد مطالعه قرار گرفتند. این ابرخازن در ترکیب با دستگاه فتوولتائیک برای ساخت یک پارچه خود-نیرو ساخته شده است.
با این حال مطالعه دیگری منسوجات مبتنی بر نانو را برای تولید انرژی گزارش می‌دهد. محصور کردن نانوذرات کربن سیاه در یک لایه نازک از پلیمر نشان داد که انرژی الکترواستاتیکی تولید شده از طریق تماس و اصطکاک در حال برداشت است.
ابرخازن‌های مبتنی بر نخ با قابلیت بازیابی الکترود نخ از هم گسسته (broken yarn) ساخته شده‌اند. الکترودها با محصور کردن مواد مغناطیسی در یک پوسته پلیمری ساخته شدند. نخ از هم گسسته می‌تواند به دلیل جاذبه مغناطیسی دارای خاصیت خود-ترمیم شوندگی باشد و پوسته پلیمری می‌تواند موجب استحکام مکانیکی نخ شود. منسوجات یکپارچه دیود در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارند. به عنوان مثال، دیود شاتکی یکپارچه شده روی مواد، شامل رسوب نانومیله‌های ZnO بر روی منسوجات با پوشش Ag است.
منسوجاتی که می‌توانند دما، رطوبت و فشار را حس کنند، مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در اینجا، حسگر از طریق فوتولیتوگرافی و تکنیک‌های چاپ جوهرافشان ایجاد می‌شود. در گزارش دیگری، چارچوب فلز-آلی ایجاد شده بر روی پارچه‌های پنبه‌ای یکپارچه نانومیله‌های کوانتومی، کاربردهایی در حسگرهای رنگ‌سنجی برای تشخیص گازهای سمی نشان داده است.
مطالعه‌ای که در دانشگاه آرکانزاس در ایالات متحده انجام شد، پوشیدنی‌های مبتنی بر نساجی با مهندسی نانو را گزارش کرد که کاربردهایی را در بخش پزشکی از راه دور نشان می‌دهد. این تکنیک امکان پایش وضعیت فیزیکی بدن را به صورت روزانه فراهم می‌کند.
آیا منسوجات مبتنی بر نانو سمی هستند؟
چالش اصلی منسوجات مبتنی بر نانو این است که استفاده از آنها نمی‌تواند به اندازه سایر مواد روزمره معمولی باشد. به عنوان مثال، انتشار نانوذرات هنگام شستن لباس گزارش شده است. این آزادسازی به روش ادغام نانومواد در پارچه، روش شستشو و ترکیب مواد شوینده مورد استفاده برای شستشو بستگی دارد.
مقادیر قابل‌توجهی از نانوذرات نقره در شستشوی پارچه‌های حاوی نانوذرات نقره منتشر شد که برای آبزیان بسیار سمی است. اثر سمیت منسوجات مبتنی بر نانو بر سلامت انسان در یک دیدگاه گسترده مورد مطالعه قرار نگرفته است. علاوه بر این، داده‌های موجود قابل بحث است و به پارامترهای مختلفی از نانومواد بستگی دارد که آن را غیرقابل مقایسه می‌کند.
منسوجات مبتنی بر نانو و آینده
همانطور که در بسیاری از مطالعات گزارش شده است، منسوجات و پارچه‌های مبتنی بر نانو در پزشکی، علوم نظامی، مد/سرگرمی، لباس‌های ورزشی و بسیاری موارد دیگر کاربردهای بی‌شماری دارند.
مزایای منسوجات و پارچه‌های مبتنی بر نانو با عوامل ریسک مختلفی همراه است. آگاهی عمومی مناسب در مورد این منسوجات و ارزیابی گسترده کافی از استفاده و دفع آنها می‌تواند به غلبه بر عوامل ریسک کمک کند.
درباره نویسنده «Gopika G»
گوپیکا دارای مدرک دکترای مهندسی، کارشناسی ارشد نانو تکنولوژی و کارشناسی مهندسی الکترونیک و ارتباطات است. کار تحقیقاتی او در طول دوره دکترا مبتنی بر کاربرد مواد دی-کالکوژنید فلز واسطه لایه‌ای دوبعدی در سلول‌های خورشیدی اکسیتون بود. او علاقه‌مند به تحقیقات در زمینه الکترونیک پوشیدنی مبتنی بر مواد دو بعدی و سلول‌های خورشیدی است. گوپیکا فردی با انگیزه و دارای مهارت‌های بین فردی و ویژگی‌های رهبری است.