Sợi tơ dẫn ion có độ mềm dẻo và độ trong suốt tốt, có thể sử dụng trong các loại vải thông minh.
Với sự phát triển của các thiết bị đeo thông minh, con người đang nỗ lực phát triển các loại vải thông minh có chức năng cảm biến tương tự như da người. Tuy nhiên, cho đến nay, các loại vải thông minh có khả năng cảm nhận các mối nguy hiểm bên ngoài, nhận diện và định vị chính xác các điểm chạm của ngón tay người vẫn chưa được hiện thực hóa.
Để đạt được mục tiêu này, nhóm đã chuẩn bị các sợi hydrogel ion (SIH) gốc tơ tằm có các đặc tính cơ học và điện tuyệt vời, và dựa trên đó, thiết kế một loại vải cảm biến thông minh có thể phản ứng nhanh với các mối nguy hiểm bên ngoài, chẳng hạn như lửa, nước, v.v. Nó có thể bảo vệ cơ thể người/rô-bốt khỏi bị trầy xước do ngâm nước và các vật sắc nhọn; đồng thời, nhóm cũng thiết kế các loại vải cảm biến có thể xác định cụ thể và định vị chính xác điểm chạm ngón tay của con người, do đó có thể được sử dụng làm giao diện tương tác giữa người và máy tính linh hoạt có thể đeo được. Để hỗ trợ mọi người điều khiển các thiết bị đầu cuối từ xa một cách thuận tiện. Các sợi SIH được chuẩn bị bằng cách kéo sợi ướt liên tục và trao đổi dung môi có độ bền đứt tuyệt vời (55 MPa), độ dẻo (530%) và độ ổn định do cấu trúc bán tinh thể bên trong, định hướng cao và việc bổ sung chất lỏng ion. Và độ dẫn điện tuyệt vời (0,45 S·m–1). Các loại vải được thiết kế dựa trên loại sợi này cho thấy tiềm năng ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực như thiết bị đeo thông minh và giao diện tương tác giữa người và máy tính linh hoạt.
Chuẩn bị sợi SIH bằng phương pháp kéo sợi ướt + trao đổi dung môi
Quy trình chuẩn bị, hình thái, khả năng dệt và ứng dụng điện linh hoạt của sợi SIH.
Thành phần và đặc điểm cấu trúc của sợi SIH
Phân tích nhiệt trọng lượng, phổ tán xạ năng lượng (EDS) và phổ hồng ngoại đã xác nhận rằng [Emim]BF4 phân bố đều trong sợi SIH. Sự mất khối lượng ở 350°C trên đường cong nhiệt trọng lượng được quy cho [Emim]BF4. Nguyên tố F trong phổ EDS thuộc về [Emim]BF4. Đỉnh tại 1169 cm–1 trong phổ hồng ngoại có thể được quy cho dao động bất đối xứng của C−N−C trong vòng [Emim]+. Đồng thời, phổ hồng ngoại và ảnh chụp kính hiển vi phân cực đã chứng minh cấu trúc bán tinh thể và cấu trúc định hướng cao của sợi SIH.
Tính chất cơ học và điện của sợi SIH
Sợi SIH thể hiện các tính chất cơ học và điện tuyệt vời. Độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt lần lượt đạt 4 MPa và 530%. Việc xử lý kéo dài thêm (trước khi thay dung môi) có thể tăng độ bền kéo lên 55 MPa, cao hơn nhiều lần so với các sợi hydrogel đã được báo cáo trước đây (<10 MPa). Độ dẫn ion của nó có thể đạt 0,45 S·m–1 và duy trì ổn định sau 3 tuần hoặc dưới nhiều tác động cơ học khác nhau (ép, uốn, kéo giãn).
Nhận dạng cụ thể các tín hiệu nguy hiểm bằng sợi SIH
Các
Phản ứng điện và cơ chế của sợi SIH đối với lửa, nước và vật sắc nhọn, chứng minh các ứng dụng tiềm năng trong việc xác định mối nguy hiểm.
Găng tay bảo hộ thông minh dành cho bàn tay robot sinh học được thiết kế bằng cách tích hợp sợi SIH vào găng tay thương mại. Khi tiếp xúc với các điều kiện nguy hiểm (lửa, nước và vật sắc nhọn), găng tay thông minh sẽ tạo ra các tín hiệu điện đặc trưng để xác định chính xác các mối nguy hiểm này.
Ứng dụng cảm biến chạm của vải sợi SIH
Hơn nữa, bằng cách sử dụng sợi SIH, chúng tôi đã thiết kế các loại sợi và vải có khả năng nhận diện và định vị chính xác điểm chạm của bàn tay con người. Vải làm từ sợi SIH ban đầu được chuẩn bị: từng sợi SIH riêng lẻ được tích hợp vào vải thương mại hoặc dệt thành vải dệt trơn. Thông qua thiết kế hệ thống mạch, điểm hoặc vùng mà bàn tay con người chạm vào có thể được nhận diện chính xác và định vị chính xác, điều này khác với các loại vải cảm biến áp điện trở hoặc điện dung, vốn phản ứng với bất kỳ tiếp xúc/ấn nào của vật thể. Khi mặc vải làm từ sợi SIH, người dùng có thể điều khiển các thiết bị đầu cuối từ xa bằng cách chạm vào chúng.
Các
