MỘT SỐ HƯỚNG NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU DỆT MAY NÂNG CAO

Đăng ngày 689 lượt xem

TS. NGUYỄN THẾ LỰC

         Ngành dệt may đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế xã hội toàn cầu. Trong đó, vật liệu mới có vai trò then chốt để tăng lợi thế cạnh tranh. Vì vậy, các nhà khoa học trên thế giới, các doanh nghiệp không ngừng nghiên cứu và chế tạo các vật liệu mới – vật liệu dệt may nâng cao. Tính mới và tính bền vững thân thiện với môi trường đồng thời được quan tâm trong các nghiên cứu này. Bài viết sau đây giới thiệu một số hướng nghiên cứu vật liệu dệt may nâng cao trên thế giới cũng như những đề tài nghiên cứu của các giảng viên thuộc khoa Công nghệ May và Thời trang, trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên trong những năm gần đây.

Hướng nghiên cứu thứ nhất liên quan đến việc thu hoạch nước sạch từ tự nhiên. Hướng nghiên cứu này có ý nghĩa đặc biệt trong việc giải quyết các vấn đề về thiếu nước sạch tại các khu vực sa mạc, bán sa mạc, sa mạc hóa, thiếu nước, khô hạn trên toàn cầu. Chẳng hạn, thu nước từ không khí, thu nước từ nước biển, thu nước từ làm mưa nhân tạo, thu nước từ sương mù. Hướng nghiên cứu thứ hai liên quan đến vật liệu cảm biến, các thiết bị cảm biến có thể mặc được đeo được liên quan đến các sản phẩm thời trang dệt may nâng cao. Và hướng nghiên cứu thứ ba liên quan đến vật liệu xanh, vật liệu tổng hợp tận dụng nguồn phế thải, phát huy vai trò tái chế nguồn rác thải trong lĩnh vực dệt may.

Hình 1. Một số xu hướng nghiên cứu vật liệu dệt may nâng cao: a) Thu hoạch nước từ sương mù; b) Vật liệu cảm biến có thể mặc được; c) Tấm thảm tái chế từ phế thải dệt may

         Lợi dụng năng lượng mặt trời để tách hơi nước từ nước biển hay còn gọi là khử muối lấy nước tạo ra những cơ hội mới để giảm bớt tình trạng thiếu nguồn nước ngọt. Tuy nhiên, trong thực tế khử muối bằng năng lượng mặt trời, lượng muối kết tủa sẽ dẫn đến giảm tốc độ bay hơi do giảm hấp thụ ánh sáng và các kênh thoát hơi của thiết bị bay hơi bị tắc. Vấn đề loại bỏ sự tích tụ muối và đồng thời duy trì sự bay hơi hiệu quả cao vẫn là một thách thức lớn. Vật liệu dệt đã và đang là một trong những ứng cử viên sáng giá trong việc giải quyết thách thức này (Hình 2).

Hình 2. Mô hình thu hoạch nước ngọt - Ví dụ điển hình về cơ chế bay hơi và kết tủa muối dưới sự ảnh hưởng của năng lượng mặt trời

         Trong nghiên cứu của Gao Can và công sự, một loại vải khử muối và bay hơi bởi năng lượng mặt trời đã được chuẩn bị với cấu trúc tổ ong phủ graphene oxit và chitosan (reduced graphene oxide and chitosan coated honeycomb-structured fabric: rCHF). Vải rCHF cho thấy độ hấp thụ ánh sáng cao 97,2% do bẫy ánh sáng tăng cường của cấu trúc tổ ong và độ dẫn nhiệt cực thấp 0.044 W m^-1 K^-1. Hơn nữa, độ dốc nhiệt độ (chênh lệch) được tạo ra bên trong cấu trúc tổ ong của rCHF có thể tạo ra hiệu ứng Marangoni, dẫn đến vừa có khả năng kết tủa muối tại vị trí diện tích nhỏ, đồng thời đảm bảo quá trình bay hơi liên tục, hạn chế sự tắc nghẽn. Vải rCHF đã đạt được tốc độ bay hơi tuyệt vời là 2,02 kg m^-2 h^-1 dưới một lần chiếu xạ ánh sáng mặt trời (1 kW m^-2) (Hình 3).

Hình 3. Chuẩn bị “vải rCHF” cho thu hoạch nước ngọt thông qua quá trình bay hơi và kết tủa muối bằng năng lượng mặt trời

         Một vật liệu ma sát hiệu quả và có thể đeo được, đặc biệt là vải điện ma sát (vải cảm biến) kinh tế và thân thiện với môi trường đang (còn gọi là vải phát điện nano điện ma sát xanh có thể mặc được, đeo được) là một trong những hướng nghiên cứu “hot” đang dành được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Nghiên cứu của Bai Zhi Jing và cộng sự thiết kế một loại nanocomposite (porous nanocomposite fabric: PNF) có khả năng tích lũy điện tích mạnh thông qua phương pháp “dry-casting” để chế tạo triboelectric nanogenerators (viết tắt là TENG). Trong đó, PNF được phát triển bằng cách kết hợp các chất độn nano-Al2O3 vào mạng cellulose axetat. Bằng cách điều chỉnh nồng độ của dung dịch “dry-casting” và hàm lượng chất độn nano-Al2O3, họ đã thiết kế một cách có hệ thống các tính chất vật lý của PNF để thu được hiệu suất điện tích ma sát lớn. Khi nồng độ dung dịch 10% và hàm lượng chất độn nano 10% được sử dụng cho PNF, PNF-TENG tương ứng có thể mang lại hiệu suất điện ∼2,5 mW/cm² trên điện trở ngoài 0,8 MΩ. Ngoài ra, PNF-TENG có khả năng sạc các tụ điện khác nhau, chiếu sáng dãy đèn LED và điều khiển đồng hồ đeo tay và được chứng minh là nguồn năng lượng xanh hiệu quả và đáng tin cậy (Hình 4).

Hình 4. Chuẩn bị “PNF-TENG” có khả năng sạc các tụ điện khác nhau, chiếu sáng dãy đèn LED và điều khiển đồng hồ đeo tay

         Thu hoạch nước từ sương mù được xem là một giải pháp xanh bền vững và ít tốn kém. Thực tế đã đem lại lợi ích to lớn cho các vùng khô hạn thiếu nước trên thế giới như Nam Phi, Nam Mỹ, Nam Á, và Israel. Tuy nhiên, để nâng cao hơn nữa hiệu suất thu hoạch nước, các nhà nghiên cứu trên thế giới vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và phát triển. Đối với lĩnh vực nghiên cứu thu hoạch nước từ sương mù, Tiến sỹ Nguyễn Thế Lực – giảng viên khoa Công nghệ May & Thời trang – trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã và đang có những kết quả nghiên cứu đáng chú ý được công bố trên các tạp chí hàng đầu của Mỹ như ACS Sustainable Chemistry & Engineering, Langmuir, ACS Omega,… Điển hình phải kể đến TS. Nguyễn Thế Lực và nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị được một loại vải sửa đổi để thu hoạch sương mù với cấu trúc “Tree 3D@SF”, bao gồm cấu trúc ba chiều của các sợi hình nhánh cây, các góc giữa các sợi cầu vồng liền kề và giữa các sợi cầu vồng với các sợi hình chữ V sẽ dẫn đến sự thay đổi trạng thái và vị trí của các giọt nước. Đặc biệt, bề mặt sợi được sửa đổi bởi phương pháp by-layer, sử dụng các hạt nano silica và chất kết dính kỵ nước để tạo thành các phần nhô ra (Bumps) kỵ nước xen kẽ định kỳ với bề mặt kỵ nước cao tạo ra ưu thế vượt trội về khả năng sinh trưởng giọt, đổ giọt và thu hoạch nước hiệu suất cao (Hình 5).

Hình 5. Chuẩn bị bộ thu hoạch sương mù “Tree 3D@SF”

         Phát triển ngành dệt may với tiêu chí xanh bền vững và giảm thiểu lượng chất thải ra môi trường cũng đang là một trong hướng nghiên cứu trọng điểm của các nhà khoa học trên thế giới. Xuất phát từ thực tế trên TS. Lê Thúy Hằng (Trưởng bộ môn Thiết kế thời trang thuộc khoa Công nghệ May & Thời trang – trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên) và nhóm nghiên cứu cũng đã và đang phát triển một loại composite đặc biệt với nền cao su và các xơ sợi phế thải ngành dệt may với đặc tính kháng dầu, kháng hóa chất và có tính cơ lý tốt không thua kém cao su và composite truyền thống. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn cao có thể giải quyết bài toán giảm lượng rác thải phế phẩm của ngành Dệt may trên địa bàn Hưng Yên cũng như trên cả nước (Hình 6).

Hình 6. Một số mẫu Composite được chế tạo từ cao su và phế thải xơ sợi ngành Dệt may

         Vì vậy, để phát triển nghiên cứu khoa học và công nghệ. Các cơ sở đào tạo, các cơ sở nghiên cứu, đặc biệt là các trường đại học đào tạo trong lĩnh vực dệt may trước tiên cần nắm bắt được xu thế phát triển của ngành dệt may, hướng nghiên cứu vật liệu của các nhà khoa học trên thế giới. Từ đó, có những bước đột phá đi tắt đón đầu, phát triển các hướng nghiên cứu, các đề tài, công bố các bài báo có tính mới, có tính ứng dụng phù hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ trên toàn thế giới.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Laurent Dufossé. New Research Trends for Textiles. Textiles 2022, 2, 579–581
2. Luc The Nguyen, Zhiqing Bai, Jingjing Zhu, Can Gao, Hoang Luu, Bin Zhang, Jiansheng Guo. Enhancing Fog Harvest Efficiency by 3D Filament Tree and Elastic Space Fabric. ACS sustainable chemistry & engineering 2022, 10 (34), 11176-11190.
3.  Luc The Nguyen, Zhiqing Bai, Jingjing Zhu, Can Gao, Bin Zhang, Jiansheng Guo. Elastic Textile Threads for Fog Harvesting. Langmuir 2022, 38 (30), 9136-9147
4. Luc The Nguyen, Z. Bai, J. Zhu, et al., Three-dimensional multilayer vertical filament meshes for enhancing efficiency in fog water harvesting, ACS Omega 2021, 6 (5) 3910-3920.
5. Le Thuy Hang, Viet, D. Q., Linh, N. P. D., Doan, V. A., Dang, H.-L. T., Dao, V.-D., & Tuan, P. A. (2020). Utilization of Leather Waste Fibers in Polymer Matrix Composites Based on Acrylonitrile-Butadiene Rubber. Polymers, 13(1), 117. doi:10.3390/polym13010117
6. Le Thuy Hang, Luu Hoang, Luc The Nguyen, Vu Anh Doan & Nguyen Pham Duy Linh. Effect of Accelerators on Properties of Polymer Composite Material Based on Acrylonitrile Butadiene Rubber and Waste Leather Fibers. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 2022, 576–583.
7. Can Gao, Jingjing Zhu, Jiecong Li , Buguang Zhou, Xiaojing Liu, Yue Chen, Zhi Zhang, Jiansheng Guo. Honeycomb-structured fabric with enhanced photothermal management and site-specific salt crystallization enables sustainable solar steam generation. Journal of Colloid and Interface Science 619 (2022) 322–330
8. Bai, Z., Zhang, Z., Li, J., & Guo, J. (2019). Textile-based triboelectric nanogenerators with high-performance via optimized functional elastomer composited tribomaterials as wearable power source. Nano Energy, 104012