ألياف حريرية موصلة للأيونات تتمتع بمرونة وشفافية جيدة ويمكن استخدامها في الأقمشة الذكية.
مع ازدياد انتشار الأجهزة الذكية القابلة للارتداء، يتجه الناس نحو تطوير منسوجات ذكية بوظائف استشعارية تُشبه وظائف الجلد البشري. ومع ذلك، لم تُطوَّر بعدُ منسوجات استشعارية ذكية قادرة على استشعار المخاطر الخارجية، وتحديد مواقع لمسات الأصابع البشرية بدقة.
لتحقيق هذا الهدف، حضّر الفريق ألياف هيدروجيل أيوني (SIH) حريرية الصنع ذات خصائص ميكانيكية وكهربائية ممتازة، وبناءً على ذلك، صمموا نسيجًا استشعاريًا ذكيًا يستجيب بسرعة للمخاطر الخارجية، مثل النار والماء، وغيرها. يحمي هذا النسيج جسم الإنسان/الروبوت من الخدش الناتج عن الغمر والأشياء الحادة؛ وفي الوقت نفسه، صمموا أيضًا منسوجات استشعارية يمكنها تحديد موضع لمسة الإصبع بدقة، مما يجعلها واجهة تفاعل مرنة قابلة للارتداء بين الإنسان والحاسوب. لمساعدة المستخدمين على التحكم في الأجهزة الطرفية عن بُعد بسهولة. تتميز ألياف SIH المُحضرة بتقنية الغزل الرطب المستمر وتبادل المذيبات بقوة كسر ممتازة (55 ميجا باسكال)، ومرونة (530%)، وثبات بفضل بنيتها الداخلية شبه البلورية عالية التوجيه، وإضافة السوائل الأيونية إليها. كما تتميز بموصلية كهربائية ممتازة (0.45 سم²). تُظهر الأقمشة المصممة بناءً على هذه الألياف إمكانات تطبيقية مهمة في مجالات مثل الأجهزة الذكية القابلة للارتداء وواجهات التفاعل المرنة بين الإنسان والحاسوب.
تحضير ألياف SIH بطريقة الغزل الرطب + طريقة تبادل المذيبات
عملية التحضير، الشكل، قابلية النسيج والتطبيقات الكهربائية المرنة لألياف SIH.
تكوين وتوصيف هيكل ألياف SIH
أكد التحليل الوزني الحراري، ومطيافية تشتت الطاقة (EDS)، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء توزيع [Emim]BF4 بشكل موحد في ألياف SIH. يُعزى فقدان الوزن عند 350 درجة مئوية في المنحنى الوزني الحراري إلى [Emim]BF4. ينتمي العنصر F في طيف EDS إلى [Emim]BF4. يمكن أن تُعزى الذروة عند 1169 سم-1 في طيف الأشعة تحت الحمراء إلى الاهتزاز غير المتماثل لـ C−N−C في الحلقة [Emim]+. في الوقت نفسه، أثبتت أطياف الأشعة تحت الحمراء وصور المجهر المستقطب البنية شبه البلورية والبنية عالية التوجه لألياف SIH.
الخصائص الميكانيكية والكهربائية لألياف SIH
تتميز ألياف SIH بخصائص ميكانيكية وكهربائية ممتازة. تصل قوة الشد والاستطالة عند الكسر إلى 4 ميجا باسكال و530% على التوالي. يمكن أن تزيد معالجة السحب الإضافية (قبل تبادل المذيبات) من قوة الشد إلى 55 ميجا باسكال، وهي أعلى بعدة مرات من ألياف الهيدروجيل المذكورة سابقًا (<10 ميجا باسكال). يمكن أن تصل موصليتها الأيونية إلى 0.45 سم²، وتبقى مستقرة بعد وضعها لمدة 3 أسابيع أو تحت مختلف المحفزات الميكانيكية (الضغط، الثني، التمدد).
التعرف المحدد على إشارات الخطر بواسطة ألياف SIH
ال
الاستجابة الكهربائية وآلية ألياف SIH للحريق والماء والأشياء الحادة، مما يوضح التطبيقات المحتملة في تحديد المخاطر.
صُمم قفاز واقٍ ذكي للأيدي الروبوتية الحيوية من خلال دمج ألياف SIH في القفازات التجارية. عند تعرضها لظروف خطرة (كالنار والماء والأشياء الحادة)، تُصدر القفازات الذكية إشارات كهربائية مميزة لتحديد هذه المخاطر بدقة.
تطبيق استشعار اللمس للأقمشة القائمة على ألياف SIH
علاوة على ذلك، باستخدام ألياف SIH، صممنا أليافًا وأقمشةً قادرةً على تحديد موضع لمسة اليد البشرية بدقة. في البداية، تم تحضير أقمشة مصنوعة من ألياف SIH: دُمجت ألياف SIH فردية في أقمشة تجارية أو نُسجت في نسج عادي. بفضل تصميم نظام الدائرة، يُمكن تحديد النقطة أو المنطقة التي تلمسها اليد البشرية بدقة وتحديد موقعها، مما يجعلها مختلفةً عن الأقمشة المقاومة للضغط أو السعوية التي تستجيب لأي تلامس/ضغط للأجسام. عندما يرتدي الناس أقمشةً مصنوعةً من ألياف SIH، يمكنهم التحكم في الأجهزة الطرفية عن بُعد عن طريق لمسها.
ال
