Büyülü akıllı hat: çeşitli gazları algılayabilir!
Kılavuz
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Tufts Üniversitesi'ndeki mühendisler, boyalı akıllı iplikler oluşturmak için yeni bir üretim yöntemi geliştirdiler. Bu akıllı teller, birden fazla gazı algıladıklarında renk değiştirir. Bu iplikleri giysilere örmek tıbbi, iş, askeri ve kurtarma ortamlarında yeniden kullanılabilir, yıkanabilir, ucuz ve güvenli bir ürün sağlayabilir.
arka fon
Diğer geleneksel endüstriler gibi, istihbarat da geleneksel tekstil endüstrisinin yükselen gelişme trendlerinden biridir. "Elektronik kumaş" ve "akıllı giyim" olarak da bilinen akıllı kumaş, bu bağlamda üretilen yeni gelişen bir son teknolojidir. Elektronik, sensörler, Nesnelerin İnterneti gibi yeni teknolojilerin ve yeni malzemelerin geleneksel tekstil teknolojileriyle entegrasyonunun bir ürünüdür.
Akıllı kumaşlar yalnızca iletken liflerden, iletken ipliklerden, iletken kaplamalardan, iletken nakış desenlerinden, iletken laminatlardan ve diğer iletken malzemelerden yapılamaz, ayrıca sensörleri, entegre devreleri, LED'leri, OLED'leri, pilleri ve diğer elektronik cihazları da içerir. Gelecekte akıllı giysiler bize ekran, iletişim, enerji depolama, algılama ve güç kaynağı gibi birçok beklenmedik işlevi getirecek.
Üç farklı kumaş, çekilerek veya dokunarak üretilen enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilir (fotoğraf kaynağı: Massachusetts Amster Üniversitesi)
Elastik dokunmaya duyarlı lif, insan-makine arayüzü olarak kullanılabilir (fotoğraf kaynağı: North Carolina Eyalet Üniversitesi)
Kendi gücüyle çalışan, son derece hassas ve yıkanabilir akıllı bir kumaş (resim kaynağı: American Chemical Society)
Giyilebilir bir ekran haline gelmek için OLED'i kumaşa entegre edin (resim kaynağı: KAIST)
Akıllı telefonlara ve diğer elektronik ürünlere güç sağlamak için güneş ışığından ve egzersizden aynı anda enerji elde edebilen akıllı bir kumaş (fotoğraf kaynağı: Georgia Institute of Technology)
Özelleştirilebilir şekillere sahip kumaş süper kapasitörler (Resim kaynağı: Nanyang Technological University, Singapur)
İletişim fonksiyonlu akıllı kumaş (Resim kaynağı: MIT)
Yenilikçilik
Bugün herkese yeni bir akıllı kumaş tanıtmak istiyorum. Bu akıllı kumaş dedektörü, halk sağlığı, işyeri güvenliği, askeri ve kurtarma ve diğer alanlarda kullanılabilir ve ekipman ve profesyonel eğitim gerektirmez.
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Tufts Üniversitesi'ndeki mühendisler, boyalı ipler oluşturmak için yeni bir üretim yöntemi geliştirdiler. Bu çizgiler, birden fazla gaz algılandığında renk değiştirir. Araştırmacılar, bu çizgilerin akıllı telefon kameraları aracılığıyla görsel olarak ve hatta daha doğru bir şekilde yorumlanabileceğini ve renk değişikliklerini milyonda 50 parçaya kadar düşürdüğünü gösterdi. Bu gazla algılanabilen akıllı iplikleri giysilere örmenin tıbbi, iş, askeri ve kurtarma ortamlarında yeniden kullanılabilir, yıkanabilir, ucuz ve güvenli bir ürün sağlayabileceğini iddia ediyorlar.
Araştırma 4 Nisan'da "Scientific Reports" dergisinde yayınlandı. Bu makale, üretim yöntemini ve çeşitli boyalara uzanma ve karmaşık gaz karışımlarını algılama yeteneğini açıklamaktadır.
teknoloji
Bu çalışma, bu kavramı göstermek için manganez bazlı bir boya MnTPP, metil kırmızısı ve bromotimol mavisi kullandı. MnTPP ve bromotimol mavisi amonyağı tespit edebilirken, metil kırmızısı genellikle temizlik ürünleri, gübre, kimyasallar ve malzemelerin üretimi sırasında açığa çıkan hidrojen klorürü tespit edebilir.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: algılama fonksiyonlu tel, bromotimol mavisi (üst tel), metil kırmızısı (orta tel) ve MnTPP (alt tel) ile hazırlanır, 0 ppm'ye (sol kısım) maruz bırakılır, 50 ppm (orta kısım) ve 1000 ppm (sağ kısım) amonyak.
(Resim kaynağı: Tufts Üniversitesi)
Araştırmacılar, üç aşamalı bir işlemle boyayı ipliğin içine "yakalar". Öncelikle iplik boyaya daldırılır ve ardından yüzeyi pürüzlendirmek ve lifi genişletmek için asetik asit ile muamele edilir, bu da boya ve iplik arasında daha fazla etkileşime neden olur. Son olarak, iplik ve boyanın etrafında esnek bir fiziksel sızdırmazlık oluşturmak için iplik polidimetilsiloksan (PDMS) ile muamele edilir.Ayrıca su geçirmezdir ve temizleme sırasında boyanın filtrelenmesini önler. Önemli olarak, PDMS ayrıca nefes alabilir ve analitin optik boya ile temas etmesine izin verir.
Gazı algılayabilen ve yıkanabilen akıllı bir hattın üretim planı (resim kaynağı: referans [2])
Tufts Üniversitesi Mühendislik Fakültesi'nde profesör, nanolab'ın lideri ve makalenin ilgili yazarı Sameer Sonkusale, "Kullandığımız boyaların farklı çalışma yöntemleri vardır, bu nedenle farklı kimyasallarla gazları tespit edebiliriz." Sonkusale Ekip, asit veya alkali gazları tespit etmek için basit boyalar kullanıyor. Dedi ki: "Bununla birlikte, kimyasal bağa çok fazla güvenmek yerine, boyayı ipliğe etkili bir şekilde yakalamak için bir yöntem kullandığımız için, daha fazla esnekliğe sahibiz ve çeşitli fonksiyonel kimyasallarla boyalar kullanıyoruz. Farklı gaz türlerini tespit etmek için. "
Test boyasının renk değişimi, tıpkı spektroskopi ile ölçüm gibi, gaz konsantrasyonuyla orantılıdır. Doğruluk, spektrometre ile insan gözü arasındadır, bu nedenle akıllı telefonlar, sayıları okumak ve renk değişikliklerini ölçmek veya renk özelliklerini birden çok çizgi ve birden çok boya aracılığıyla yorumlamak için kullanılabilir. Sonkusale şunları söyledi: "Bu, birçok analiti aynı anda ölçmek veya analitleri benzersiz kolorimetrik özelliklere göre ayırt etmek için ölçeklendirmemize izin verecek."
Gaza duyarlı ve yıkanabilir akıllı hattın kavramsal diyagramı (resim kaynağı: referans [2])
değer
Araştırmacılar, gaz algılama işlevini kumaşa entegre etmenin yalnızca uçucu gazları tespit etmek için geleneksel elektronik ekipmanın doğruluğunu kaybetmekle kalmayacağını, aynı zamanda ekipman ve profesyonel eğitim olmadan da okumalar alabileceğini söyledi. Program, bu teknolojiyi, kumaş tarafından sağlanan bilgilerden yararlanacak sıradan insanlara veya düşük kaynak topluluklarına sunar.
Bu çizgiler su altında bile çalışabilir ve çözünmüş amonyağı tespit edebilir. Makalenin baş yazarı ve Tufts Üniversitesi Kimya ve Biyomühendislik Bölümü'nde yüksek lisans öğrencisi olan Rachel Owyeung şunları söyledi: PDMS sızdırmazlık malzemeleri su geçirmezdir ve suyun hattan çıkmasına izin verir, ancak çözünmüş gaz hala boyaya ulaşabilir ve ölçülebilir. Çözünmüş gaz olarak. Akıllı kumaşların, petrol ve gaz araştırmaları sırasında karbondioksit veya diğer uçucu organik bileşikleri tespit etmek için kullanılabileceğini düşünüyoruz. "
Araştırmacılar, su altında tekrar tekrar yıkama veya kullanım boyayı seyreltmediği için, bu ipliklerin art arda birden fazla ölçülebilir teste dayanabileceğini söylüyor.
Anahtar kelime
Akıllı kumaşlar, sensörler, gaz algılama
Referans
[1] https://now.tufts.edu/news-releases/s-sew-smart-scientists-invent-threads-detect-gases-when-woven-clothing
2 Rachel E. Owyeung, Matthew J. Panzer, Sameer R. Sonkusale. Akıllı Tekstiller için Kolorimetrik Gaz Algılamalı Yıkanabilir İplikler Bilimsel Raporlar, 2019; 9 (1) DOI: 10.1038 / s41598-019-42054-8
