Научный тренд разработки датчиков для «умной» одежды, способных считывать пульс, давление и другие показатели человеческого организма, — переход от гибких устройств на основе полимеров к текстильной электронике. Последняя является более оптимальной, поскольку текстиль обеспечивает тесный контакт с кожей, что позволяет создавать удобные, легкие и компактные датчики.
Исследователи группы TERS-Team под руководством профессоров Евгении Шеремет и Рауля Родригеса синтезировали гибридный проводящий материал на основе синтетической ткани и графена. Для этого они нанесли на нейлон оксид графена, который потом обработали лазером. Полученный композит прост в изготовлении и является очень стабильным.
Созданный текстиль также можно сделать антибактериальным. Этого свойства удалось добиться благодаря дополнительному использованию наночастиц серебра. Ученые нанесли на гибридный текстиль нитрат серебра, который также облучили лазером. В результате на поверхности ткани сформировались серебряные частицы, которые известны антибактериальным эффектом.При лазерной обработке нейлон плавится, в результате происходит не просто формирование покрытия — частицы графена внедряются в волокна ткани. Это обеспечивает улучшенные механические свойства полученного композита. Он устойчив к воздействию ультразвука, растяжению и стирке с моющими средствами, что позволяет использовать его в повседневной одежде. Кроме того, после обработки лазером материал становится электропроводящим, что позволяет использовать его в качестве активного материала сенсоров. Особенно важно, что наши композиты произвольной формы можно использовать в готовом виде без изоляции, которая обычно требуется для материалов, изготовленных с помощью лазера,
«Осажденные частицы серебра обладают уникальными оптическими свойствами. Это делает наш гибридный текстиль перспективным для создания оптических сенсоров. Будучи плазмонными частицами, они позволяют считывать с помощью оптических методов спектроскопии сигналы, «описывающие» химию поверхности. Мы провели серию успешных экспериментов по обнаружению вещества модельного красителя и глюкозы при помощи серебра», — подчеркивает первый автор статьи, ассистент Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Анна Липовка.
Ученые показали возможность использования композитов в качестве сенсоров для записи жестов, измерения пульса в реальном времени и распознавания голоса. В ходе экспериментов датчики также внедрялись в перчатку, изготовленную из смеси нейлона, спандекса и полиэстера. Полученные результаты открывают путь к разработке безопасных и комплексных мультисенсорных платформ, которые можно напрямую интегрировать в повседневно используемые ткани.
Молодые исследователи, желающие присоединиться к проектам группы, могут написать на почту ters.team.mail@gmail.com.
Справка
Томский политехнический университет — участник программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» по треку «Исследовательское лидерство». Вуз вошел в первую группу исследовательского трека с максимальным размером специального гранта.
В программе развития ТПУ, поддержанной по «Приоритету 2030», заложено три стратегических проекта — «Энергия будущего», «Инженерия здоровья» и «Новое инженерное образование».