Revestimento “inteligente” pode transformar tecidos em equipamentos de proteção

Jun 10, 2023

A tecnologia metal-orgânica aplicada com precisão detecta e captura gases tóxicos no ar.

Um revestimento durável à base de cobre desenvolvido por pesquisadores de Dartmouth pode ser integrado com precisão ao tecido para criar materiais responsivos e reutilizáveis, como equipamentos de proteção, sensores ambientais e filtros inteligentes, de acordo com um estudo recente.

O revestimento responde à presença de gases tóxicos no ar, convertendo-os em substâncias menos tóxicas que ficam presas no tecido, relata a equipe no Journal of the American Chemical Society.

As descobertas dependem de uma tecnologia, ou estrutura, metal-orgânica condutora, desenvolvida no laboratório da autora correspondente Katherine Mirica, professora associada de química. Relatada pela primeira vez no JACS em 2017, a estrutura era um revestimento simples que poderia ser aplicado em camadas sobre algodão e poliéster para criar tecidos inteligentes que os pesquisadores chamaram de SOFT – Estrutura Auto-Organizada em Têxteis. O artigo deles demonstrou que os tecidos inteligentes SOFT podem detectar e capturar substâncias tóxicas no ambiente circundante.

Levamos quatro anos para descobrir o que estava acontecendo e como isso era benéfico. É um processo muito simples, mas a química por trás dele não é.

Para o estudo mais recente, os pesquisadores descobriram que – em vez do simples revestimento relatado em 2017 – eles podem incorporar com precisão a estrutura nos tecidos usando um precursor de cobre que lhes permite criar padrões específicos e preencher de forma mais eficaz as pequenas lacunas e buracos entre os fios. . Os pesquisadores descobriram que a tecnologia da estrutura converteu efetivamente a toxina óxido nítrico em nitrito e nitrato e transformou o gás venenoso e inflamável sulfeto de hidrogênio em sulfeto de cobre. Eles também relatam que a capacidade da estrutura de capturar e converter materiais tóxicos resistiu ao desgaste, bem como à lavagem padrão.

A versatilidade e durabilidade que o novo método proporciona permitiriam que a estrutura fosse aplicada para usos específicos e em locais mais precisos, como sensor em roupas de proteção ou como filtro em um determinado ambiente, disse Mirica.

“Este novo método de deposição significa que os têxteis eletrónicos poderiam potencialmente interagir com uma gama mais ampla de sistemas porque são muito robustos”, disse ela. “Este avanço tecnológico abre caminho para outras aplicações das capacidades combinadas de filtragem e detecção da estrutura que podem ser valiosas em ambientes biomédicos e remediação ambiental.”

A técnica também poderia eventualmente ser uma alternativa de baixo custo a tecnologias com custos proibitivos e limitadas onde podem ser implantadas pela necessidade de uma fonte de energia ou - como conversores catalíticos em automóveis - metais raros, disse Mirica.

“Aqui contamos com uma matéria abundante na Terra para desintoxicar produtos químicos tóxicos, e fazemos isso sem qualquer entrada de energia externa, por isso não precisamos de alta temperatura ou corrente elétrica para alcançar essa função”, disse Mirica.

O co-autor Michael Ko, Guarini '20, observou inicialmente o novo processo em 2018, enquanto tentava depositar a estrutura metal-orgânica em eletrodos de película fina à base de cobre, disse Mirica. Mas os eletrodos de cobre seriam substituídos pela estrutura.

“Ele queria isso em cima dos eletrodos, não para substituí-los”, disse Mirica. “Levamos quatro anos para descobrir o que estava acontecendo e como isso era benéfico. É um processo muito simples, mas a química por trás dele não é e levamos algum tempo e envolvimento adicional de estudantes e colaboradores para entender isso.”

A equipe descobriu que a estrutura metal-orgânica “cresce” sobre o cobre, substituindo-a por um material com capacidade de filtrar e converter gases tóxicos, disse Mirica. Ko e o coautor Lukasz Mendecki, pós-doutorado no Grupo Mirica de 2017 a 2018, investigaram métodos para aplicar o material da estrutura ao tecido em designs e padrões específicos.

A co-autora Aileen Eagleton, Guarini '23, que também faz parte do Grupo Mirica, finalizou a técnica otimizando o processo de impressão da estrutura metal-orgânica no tecido, bem como identificando como sua estrutura e propriedades são influenciadas pela exposição química e condições de reação.