Fibra de seda conductora de iones con buena flexibilidad y transparencia que se puede utilizar en tejidos inteligentes.
Con el auge de los dispositivos portátiles inteligentes, se apuesta por el desarrollo de textiles inteligentes con funciones de detección similares a las de la piel humana. Sin embargo, hasta la fecha, aún no se han desarrollado textiles inteligentes capaces de detectar peligros externos, identificar y localizar con precisión el toque de los dedos.
Para lograr este objetivo, el equipo preparó fibras de hidrogel iónico (SIH) a base de seda con excelentes propiedades mecánicas y eléctricas. Con base en esto, diseñó un tejido sensor inteligente que puede responder rápidamente a peligros externos, como fuego y agua. Este tejido puede proteger el cuerpo humano/robot de arañazos por inmersión y objetos afilados. Asimismo, diseñó tejidos sensores que pueden identificar y localizar con precisión el tacto de los dedos, lo que permite su uso como interfaz de interacción persona-computadora portátil flexible. Esto facilita el control de terminales remotos. Las fibras SIH, preparadas mediante hilado continuo en húmedo e intercambio de disolventes, presentan una excelente resistencia a la rotura (55 MPa), ductilidad (530 %) y estabilidad gracias a su estructura interna semicristalina y altamente orientada, y a la adición de líquidos iónicos. Además, presentan una excelente conductividad eléctrica (0,45 S·m–1). Los tejidos diseñados con esta fibra muestran un importante potencial de aplicación en campos como los dispositivos portátiles inteligentes y las interfaces de interacción persona-computadora flexibles.
Preparación de fibra SIH mediante hilado húmedo + método de intercambio de solvente
Proceso de preparación, morfología, tejebilidad y aplicaciones eléctricas flexibles de fibras SIH.
Composición y caracterización estructural de la fibra SIH
El análisis termogravimétrico, la espectroscopia de energía dispersiva (EDS) y la espectroscopia infrarroja confirmaron que [Emim]BF₄ se distribuía uniformemente en la fibra SIH. La pérdida de peso a 350 °C en la curva termogravimétrica se atribuye a [Emim]BF₄. El elemento F en el espectro EDS pertenece a [Emim]BF₄. El pico a 1169 cm⁻¹ en el espectro infrarrojo se puede atribuir a la vibración asimétrica de C−N−C en el anillo [Emim]+. Simultáneamente, los espectros infrarrojos y las imágenes de microscopio polarizador demostraron la estructura semicristalina y altamente orientada de las fibras SIH.
Propiedades mecánicas y eléctricas de las fibras SIH
Las fibras SIH presentan excelentes propiedades mecánicas y eléctricas. Su resistencia a la tracción y su alargamiento a la rotura alcanzan los 4 MPa y el 530 %, respectivamente. Un tratamiento de estirado posterior (antes del intercambio de disolvente) puede aumentar su resistencia a la tracción a 55 MPa, cifra varias veces superior a la de las fibras de hidrogel descritas anteriormente (<10 MPa). Su conductividad iónica puede alcanzar los 0,45 S·m–1 y se mantiene estable tras 3 semanas de uso o bajo diversos estímulos mecánicos (presión, flexión y estiramiento).
Reconocimiento específico de señales de peligro mediante fibras SIH
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La respuesta eléctrica y el mecanismo de las fibras SIH al fuego, al agua y a los objetos afilados, demostrando posibles aplicaciones en la identificación de peligros.
Se diseñó un guante protector inteligente para manos robóticas biónicas mediante la integración de fibras SIH en guantes comerciales. Al exponerse a condiciones peligrosas (fuego, agua y objetos afilados), los guantes inteligentes generan señales eléctricas características para identificar con precisión estos peligros.
Aplicación de detección táctil en tejidos basados en fibra SIH
Además, mediante el uso de fibras SIH, diseñamos fibras y telas que pueden identificar específicamente y localizar con precisión el tacto de las manos humanas. Las telas basadas en fibras SIH se prepararon inicialmente: las fibras SIH individuales se integraron en telas comerciales o se tejieron en tejidos lisos. Gracias al diseño del sistema de circuitos, el punto o área tocada por la mano humana puede identificarse específicamente y localizarse con precisión, lo que lo diferencia de las telas de detección piezoresistivas o capacitivas que responden al contacto o la presión de cualquier objeto. Cuando las personas usan telas hechas de fibras SIH, pueden controlar terminales remotos con solo tocarlas.
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