Włókno jedwabne przewodzące jony, charakteryzujące się dobrą elastycznością i przezroczystością, które może być stosowane w tkaninach inteligentnych.
Wraz z rozwojem inteligentnych urządzeń do noszenia ludzie są zobowiązani do opracowywania inteligentnych tekstyliów z funkcjami wykrywania podobnymi do ludzkiej skóry. Jednak do tej pory nie udało się stworzyć inteligentnych tekstyliów wykrywających zewnętrzne zagrożenia, a konkretnie identyfikujących i dokładnie lokalizujących dotyk ludzkich palców.
Aby osiągnąć ten cel, zespół przygotował włókna hydrożelu jonowego (SIH) na bazie jedwabiu o doskonałych właściwościach mechanicznych i elektrycznych, a na ich podstawie zaprojektował inteligentną tkaninę sensoryczną, która może szybko reagować na zagrożenia zewnętrzne, takie jak ogień, woda itp. Może ona chronić ludzkie ciało/robota przed zarysowaniami spowodowanymi zanurzeniem i ostrymi przedmiotami; jednocześnie zaprojektowano również tkaniny sensoryczne, które mogą specyficznie identyfikować i dokładnie lokalizować dotyk ludzkiego palca, dzięki czemu można ich używać jako elastycznego interfejsu interakcji człowiek-komputer, który można nosić. Aby pomóc ludziom wygodnie kontrolować zdalne terminale. Włókna SIH przygotowane przez ciągłe przędzenie na mokro i wymianę rozpuszczalnika mają doskonałą wytrzymałość na zerwanie (55 MPa), ciągliwość (530%) i stabilność dzięki swojej wewnętrznej półkrystalicznej, wysoce zorientowanej strukturze i dodatkowi cieczy jonowych. I doskonałą przewodność elektryczną (0,45 S·m–1). Tkaniny zaprojektowane na podstawie tego włókna wykazują ważny potencjał zastosowania w takich dziedzinach, jak inteligentne urządzenia noszone i elastyczne interfejsy interakcji człowiek-komputer.
Przygotowanie włókna SIH metodą przędzenia na mokro + metoda wymiany rozpuszczalnika
Proces przygotowania, morfologia, tkactwo i elastyczne zastosowania elektryczne włókien SIH.
Skład i charakterystyka strukturalna włókna SIH
Analiza termograwimetryczna, spektroskopia dyspersyjna energii (EDS) i spektroskopia w podczerwieni potwierdziły, że [Emim]BF4 był równomiernie rozłożony w włóknie SIH. Utrata masy w 350°C na krzywej termograwimetrycznej jest przypisywana [Emim]BF4. Pierwiastek F w widmie EDS należy do [Emim]BF4. Szczyt przy 1169 cm–1 w widmie w podczerwieni można przypisać asymetrycznym drganiom C−N−C w pierścieniu [Emim]+. Jednocześnie widma w podczerwieni i zdjęcia z mikroskopu polaryzacyjnego wykazały półkrystaliczną strukturę i wysoce zorientowaną strukturę włókien SIH.
Właściwości mechaniczne i elektryczne włókien SIH
Włókna SIH wykazują doskonałe właściwości mechaniczne i elektryczne. Ich wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy zerwaniu osiągają odpowiednio 4 MPa i 530%. Dalsza obróbka ciągnąca (przed wymianą rozpuszczalnika) może zwiększyć ich wytrzymałość na rozciąganie do 55 MPa, co jest wartością kilkakrotnie wyższą niż w przypadku wcześniej zgłaszanych włókien hydrożelowych (<10 MPa). Ich przewodność jonowa może osiągnąć 0,45 S·m–1 i pozostaje stabilna po umieszczeniu na 3 tygodnie lub pod wpływem różnych bodźców mechanicznych (ściskanie, zginanie, rozciąganie).
Specyficzne rozpoznawanie sygnałów zagrożenia przez włókna SIH
Ten
Reakcja elektryczna i mechanizm działania włókien SIH na ogień, wodę i ostre przedmioty, co wskazuje na potencjalne zastosowanie w identyfikacji zagrożeń.
Inteligentna rękawica ochronna dla bionicznych rąk robota została zaprojektowana poprzez zintegrowanie włókien SIH z rękawicami komercyjnymi. Po narażeniu na niebezpieczne warunki (ogień, woda i ostre przedmioty) inteligentne rękawice generują charakterystyczne sygnały elektryczne, aby dokładnie identyfikować te zagrożenia.
Zastosowanie czujników dotykowych w tkaninach na bazie włókien SIH
Ponadto, wykorzystując włókna SIH, zaprojektowaliśmy włókna i tkaniny, które mogą konkretnie identyfikować i dokładnie lokalizować dotyk ludzkich rąk. Najpierw przygotowano tkaniny na bazie włókien SIH: pojedyncze włókna SIH zintegrowano z komercyjnymi tkaninami lub wpleciono w sploty płócienne. Dzięki projektowi układu obwodów punkt lub obszar dotykany ludzką ręką może być konkretnie identyfikowany i dokładnie lokalizowany, co odróżnia go od tkanin piezorezystancyjnych lub pojemnościowych, które reagują na każdy kontakt/naciśnięcie obiektu. Kiedy ludzie noszą tkaniny wykonane z włókien SIH, mogą kontrolować zdalne terminale, dotykając ich.
Ten
