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華盛頓州立大學開發的一種單股纖維同時具有棉花的柔韌性和一種名為聚苯胺的聚合物的導電性，顯示出在可穿戴電子紡織品方面的巨大潛力。華盛頓州立大學的研究人員用一個為 LED 燈供電的系統和另一個感應氨氣的系統測試了這種纖維，并在《碳水化合物聚合物》雜志上詳細介紹了他們的研究成果。

新開發的纖維的顯微圖像，顯示其并排混合的一面是棉花，另一面含有可攜帶電流的聚苯胺聚合物。資料來源：華盛頓州立大學

華盛頓州立大學紡織品研究員、該研究的通訊作者劉航（音譯）說："我們將一種纖維分為兩部分：一部分是傳統的棉花：柔韌性和強度足以滿足日常使用，而另一面則是導電材料。棉花可以支撐導電材料，而導電材料可以提供所需的功能。"

可穿戴技術的潛在應用

雖然還需要更多的開發工作，但研究人員的想法是將這樣的纖維集成到服裝中，作為帶有柔性電路的傳感器貼片。這些貼片可以成為消防員、士兵或處理化學品的工人制服的一部分，以檢測是否接觸到危險物質。其他應用還包括健康監測或運動襯衫，它們比目前的健身監測器能做得更多。

劉說："我們現在有一些智能可穿戴設備，比如智能手表可以跟蹤你的運動和人體生命體征，但我們希望將來你的日常服裝也能實現這些功能。時尚并不像很多人認為的那樣只是顏色和款式，時尚就是科學本身。"

華盛頓州立大學紡織品研究員劉航。資料來源：華盛頓州立大學 Dean Hare

技術挑戰與解決方案

在這項研究中，華盛頓州立大學團隊努力克服將導電聚合物與棉纖維素混合的難題。聚合物是一種具有重復模式的大分子物質。在這種情況下，研究人員使用了聚苯胺（又稱 PANI），這是一種具有導電性能的合成聚合物，已被用于印刷電路板制造等應用中。

雖然聚苯胺本身具有導電性，但它比較脆，無法制成紡織品纖維。為了解決這個問題，西悉尼大學的研究人員將從回收的 T 恤衫中提取的棉纖維素溶解到一種溶液中，并將導電聚合物溶解到另一種單獨的溶液中。然后將這兩種溶液并排合并在一起，擠出材料制成一根纖維。

華盛頓州立大學紡織品研究員 Hang Liu 觀看新開發纖維的顯微圖像，圖像顯示纖維并排混合，一面是棉，另一面含有可攜帶電流的聚苯胺聚合物。資料來源：華盛頓州立大學 Dean Hare

結果顯示界面結合良好，這意味著不同材料的分子在拉伸和彎曲過程中都能保持在一起，在棉纖維素和聚苯胺的界面上實現適當的混合是一個微妙的平衡。

劉說："我們希望這兩種溶液能夠發揮作用，這樣當棉花和導電聚合物相互接觸時，它們就會在一定程度上混合在一起，形成一種粘合劑，但我們又不希望它們混合得太多，否則導電性能就會降低。"

參考文獻：《用于可穿戴電子紡織品的纖維素基導電復合纖維的新型結構設計》，作者：Wangcheng Liu、Hang Liu、Zihui Zhao、Dan Liang、Wei-Hong Zhong 和 Jinwen Zhang，2023 年 8 月 18 日，《碳水化合物聚合物》。