Fibra de seda condutora de íons com boa flexibilidade e transparência que pode ser usada em tecidos inteligentes.
Com o surgimento de dispositivos vestíveis inteligentes, as pessoas estão empenhadas em desenvolver tecidos inteligentes com funções de detecção semelhantes às da pele humana. No entanto, até o momento, tecidos com sensores inteligentes capazes de detectar perigos externos, especificamente identificar e localizar com precisão o toque dos dedos humanos, ainda não foram desenvolvidos.
Para atingir esse objetivo, a equipe preparou fibras de hidrogel iônico (SIH) à base de seda com excelentes propriedades mecânicas e elétricas e, com base nisso, projetou um tecido sensor inteligente que pode responder rapidamente a perigos externos, como fogo, água, etc. Ele pode proteger o corpo humano/robô de arranhões por imersão e objetos afiados; ao mesmo tempo, também projetou tecidos sensores que podem identificar especificamente e localizar com precisão o toque do dedo humano, para que possam ser usados como uma interface flexível de interação homem-computador vestível. Para ajudar as pessoas a controlar terminais remotos convenientemente. As fibras SIH preparadas por fiação úmida contínua e troca de solvente têm excelente resistência à ruptura (55 MPa), ductilidade (530%) e estabilidade devido à sua estrutura interna semicristalina altamente orientada e à adição de líquidos iônicos. E excelente condutividade elétrica (0,45 S·m–1). Tecidos projetados com base nessa fibra mostram importante potencial de aplicação em campos como dispositivos vestíveis inteligentes e interfaces flexíveis de interação homem-computador.
Preparação de fibra SIH pelo método de fiação úmida + troca de solvente
Processo de preparação, morfologia, tecelabilidade e aplicações elétricas flexíveis de fibras SIH.
Composição e caracterização estrutural da fibra SIH
Análises termogravimétricas, espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e espectroscopia no infravermelho confirmaram que [Emim]BF4 estava uniformemente distribuído na fibra SIH. A perda de massa a 350 °C na curva termogravimétrica é atribuída a [Emim]BF4. O elemento F no espectro de EDS pertence a [Emim]BF4. O pico em 1169 cm–1 no espectro infravermelho pode ser atribuído à vibração assimétrica de C-N-C no anel [Emim]+. Ao mesmo tempo, espectros de infravermelho e imagens de microscópio de polarização comprovaram a estrutura semicristalina e a estrutura altamente orientada das fibras SIH.
Propriedades mecânicas e elétricas das fibras SIH
As fibras SIH apresentam excelentes propriedades mecânicas e elétricas. Sua resistência à tração e alongamento na ruptura atingem 4 MPa e 530%, respectivamente. Um tratamento de trefilação adicional (antes da troca do solvente) pode aumentar sua resistência à tração para 55 MPa, o que é várias vezes superior ao das fibras de hidrogel relatadas anteriormente (<10 MPa). Sua condutividade iônica pode atingir 0,45 S·m–1 e permanece estável após 3 semanas de aplicação ou sob diversos estímulos mecânicos (pressão, flexão, alongamento).
Reconhecimento específico de sinais de perigo por fibras SIH
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A resposta elétrica e o mecanismo das fibras SIH ao fogo, água e objetos cortantes, demonstrando potenciais aplicações na identificação de perigos.
Uma luva de proteção inteligente para mãos robóticas biônicas foi projetada integrando fibras SIH em luvas comerciais. Quando expostas a condições perigosas (fogo, água e objetos cortantes), as luvas inteligentes geram sinais elétricos característicos para identificar esses perigos com precisão.
Aplicação de detecção de toque em tecidos à base de fibras SIH
Além disso, utilizando fibras SIH, projetamos fibras e tecidos que podem identificar e localizar com precisão o toque das mãos humanas. Os tecidos à base de fibras SIH foram inicialmente preparados: fibras SIH individuais foram integradas a tecidos comerciais ou tecidas em tramas simples. Através do design do sistema de circuitos, o ponto ou área tocada pela mão humana pode ser identificado especificamente e localizado com precisão, o que o diferencia dos tecidos com sensor piezoresistivo ou capacitivo, que respondem a qualquer contato/pressão de um objeto. Quando as pessoas usam tecidos feitos de fibras SIH, elas podem controlar terminais remotos tocando-os.
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