Fibra di seta conduttiva di ioni con buona flessibilità e trasparenza, utilizzabile nei tessuti intelligenti.
Con l'avvento dei dispositivi indossabili intelligenti, le persone si stanno impegnando a sviluppare tessuti intelligenti con funzioni sensoriali simili a quelle della pelle umana. Tuttavia, finora non sono ancora stati realizzati tessuti intelligenti in grado di rilevare pericoli esterni, identificare in modo specifico e localizzare con precisione il tocco delle dita.
Per raggiungere questo obiettivo, il team ha preparato fibre di idrogel ionico a base di seta (SIH) con eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche e, sulla base di queste, ha progettato un tessuto di rilevamento intelligente in grado di rispondere rapidamente a pericoli esterni, come fuoco, acqua, ecc. Può proteggere il corpo umano/robot da graffi dovuti all'immersione e da oggetti appuntiti; allo stesso tempo, ha anche progettato tessuti di rilevamento in grado di identificare specificamente e localizzare con precisione il tocco delle dita umane, in modo da poter essere utilizzati come interfaccia flessibile di interazione uomo-computer indossabile. Per aiutare le persone a controllare comodamente i terminali remoti. Le fibre SIH preparate mediante filatura a umido continua e scambio di solvente presentano un'eccellente resistenza alla rottura (55 MPa), duttilità (530%) e stabilità grazie alla loro struttura interna semicristallina altamente orientata e all'aggiunta di liquidi ionici. Presentano inoltre un'eccellente conduttività elettrica (0,45 S·m–1). I tessuti progettati sulla base di questa fibra mostrano un importante potenziale applicativo in settori come i dispositivi indossabili intelligenti e le interfacce flessibili di interazione uomo-computer.
Preparazione della fibra SIH mediante filatura a umido + metodo di scambio di solvente
Processo di preparazione, morfologia, tessitura e applicazioni elettriche flessibili delle fibre SIH.
Composizione e caratterizzazione strutturale della fibra SIH
Analisi termogravimetriche, spettroscopia a dispersione di energia (EDS) e spettroscopia infrarossa hanno confermato che [Emim]BF4 era distribuito uniformemente nella fibra SIH. La perdita di peso a 350 °C nella curva termogravimetrica è attribuita a [Emim]BF4. L'elemento F nello spettro EDS appartiene a [Emim]BF4. Il picco a 1169 cm–1 nello spettro infrarosso può essere attribuito alla vibrazione asimmetrica di C−N−C nell'anello [Emim]+. Allo stesso tempo, spettri infrarossi e immagini al microscopio a luce polarizzata hanno dimostrato la struttura semicristallina e altamente orientata delle fibre SIH.
Proprietà meccaniche ed elettriche delle fibre SIH
Le fibre SIH presentano eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche. La loro resistenza alla trazione e l'allungamento a rottura raggiungono rispettivamente 4 MPa e il 530%. Un ulteriore trattamento di stiratura (prima del cambio solvente) può aumentarne la resistenza alla trazione fino a 55 MPa, un valore notevolmente superiore a quello delle fibre idrogel precedentemente riportate (<10 MPa). La loro conduttività ionica può raggiungere 0,45 S·m–1 e rimane stabile dopo 3 settimane di applicazione o sotto diversi stimoli meccanici (pressione, piegatura, stiramento).
Riconoscimento specifico dei segnali di pericolo da parte delle fibre SIH
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La risposta elettrica e il meccanismo delle fibre SIH al fuoco, all'acqua e agli oggetti taglienti, che dimostrano le potenziali applicazioni nell'identificazione dei pericoli.
Un guanto protettivo intelligente per mani robotiche bioniche è stato progettato integrando fibre SIH in guanti commerciali. Quando esposti a condizioni pericolose (fuoco, acqua e oggetti taglienti), i guanti intelligenti generano segnali elettrici caratteristici per identificare con precisione tali pericoli.
Applicazione del rilevamento tattile nei tessuti a base di fibre SIH
Inoltre, utilizzando le fibre SIH, abbiamo progettato fibre e tessuti in grado di identificare e localizzare con precisione il tocco delle mani umane. I tessuti a base di fibre SIH sono stati inizialmente preparati: singole fibre SIH sono state integrate in tessuti commerciali o intrecciate in armature semplici. Grazie alla progettazione del sistema circuitale, il punto o l'area toccati dalla mano umana possono essere identificati e localizzati con precisione, il che li rende diversi dai tessuti sensori piezoresistivi o capacitivi che rispondono a qualsiasi contatto/pressione con un oggetto. Indossando tessuti realizzati con fibre SIH, le persone possono controllare terminali remoti semplicemente toccandoli.
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