Serat sutra konduktif ion dengan fleksibilitas dan transparansi yang baik yang dapat digunakan pada kain pintar.
Dengan maraknya perangkat pintar yang dapat dikenakan (wearable), orang-orang berkomitmen untuk mengembangkan tekstil pintar dengan fungsi penginderaan yang mirip dengan kulit manusia. Namun, sejauh ini, tekstil pintar dengan penginderaan yang dapat mendeteksi bahaya eksternal, khususnya mengidentifikasi dan menemukan lokasi sentuhan jari manusia secara akurat, belum terwujud.
Untuk mencapai tujuan ini, tim menyiapkan serat hidrogel ionik (SIH) berbasis sutra dengan sifat mekanik dan listrik yang unggul. Berdasarkan hal ini, mereka merancang tekstil sensor cerdas yang dapat merespons bahaya eksternal dengan cepat, seperti api, air, dll. Serat ini dapat melindungi tubuh manusia/robot dari goresan akibat perendaman dan benda tajam; sekaligus, mereka juga merancang tekstil sensor yang dapat mengidentifikasi dan secara akurat menemukan sentuhan jari manusia, sehingga dapat digunakan sebagai antarmuka interaksi manusia-komputer yang fleksibel dan dapat dikenakan. Serat ini dirancang untuk membantu pengguna mengendalikan terminal jarak jauh dengan mudah. Serat SIH yang dibuat dengan pemintalan basah kontinu dan pertukaran pelarut memiliki kekuatan putus yang sangat baik (55 MPa), keuletan (530%), dan stabilitas yang sangat baik berkat struktur semi-kristalin internalnya yang berorientasi tinggi serta penambahan cairan ionik. Selain itu, serat ini juga memiliki konduktivitas listrik yang sangat baik (0,45 S·m–1). Kain yang dirancang berdasarkan serat ini menunjukkan potensi aplikasi yang penting di berbagai bidang seperti perangkat pintar yang dapat dikenakan dan antarmuka interaksi manusia-komputer yang fleksibel.
Persiapan serat SIH dengan metode pemintalan basah + pertukaran pelarut
Proses persiapan, morfologi, kemampuan menenun dan aplikasi listrik fleksibel dari serat SIH.
Komposisi dan karakterisasi struktur serat SIH
Analisis termogravimetri, spektroskopi dispersif energi (EDS), dan spektroskopi inframerah menunjukkan bahwa [Emim]BF4 terdistribusi secara seragam dalam serat SIH. Penurunan berat pada suhu 350°C pada kurva termogravimetri disebabkan oleh [Emim]BF4. Unsur F dalam spektrum EDS merupakan bagian dari [Emim]BF4. Puncak pada 1169 cm–1 dalam spektrum inframerah dapat disebabkan oleh vibrasi asimetris C−N−C pada cincin [Emim]+. Pada saat yang sama, spektrum inframerah dan gambar mikroskop polarisasi membuktikan struktur semi-kristalin dan struktur berorientasi tinggi serat SIH.
Sifat mekanik dan listrik serat SIH
Serat SIH menunjukkan sifat mekanik dan listrik yang sangat baik. Kekuatan tarik dan perpanjangan putusnya masing-masing mencapai 4 MPa dan 530%. Perlakuan penarikan lebih lanjut (sebelum penggantian pelarut) dapat meningkatkan kekuatan tariknya hingga 55 MPa, beberapa kali lebih tinggi daripada serat hidrogel yang dilaporkan sebelumnya (<10 MPa). Konduktivitas ioniknya dapat mencapai 0,45 S·m–1 dan tetap stabil setelah ditempatkan selama 3 minggu atau di bawah berbagai rangsangan mekanis (penekanan, pembengkokan, peregangan).
Pengenalan spesifik sinyal bahaya oleh serat SIH
Itu
Respons listrik dan mekanisme serat SIH terhadap api, air, dan benda tajam, menunjukkan aplikasi potensial dalam mengidentifikasi bahaya.
Sarung tangan pelindung pintar untuk tangan robot bionik dirancang dengan mengintegrasikan serat SIH ke dalam sarung tangan komersial. Saat terpapar kondisi berbahaya (api, air, dan benda tajam), sarung tangan pintar menghasilkan sinyal listrik karakteristik untuk mengidentifikasi bahaya tersebut secara akurat.
Aplikasi penginderaan sentuhan pada kain berbahan dasar serat SIH
Lebih lanjut, dengan menggunakan serat SIH, kami merancang serat dan kain yang dapat secara spesifik mengidentifikasi dan secara akurat menemukan sentuhan tangan manusia. Kain berbasis serat SIH pertama kali disiapkan: serat SIH individual diintegrasikan ke kain komersial atau ditenun menjadi tenunan polos. Melalui desain sistem sirkuit, titik atau area yang disentuh tangan manusia dapat diidentifikasi secara spesifik dan akurat, yang membedakannya dari kain penginderaan piezoresistif atau kapasitif yang merespons setiap kontak/tekanan objek. Ketika orang mengenakan kain yang terbuat dari serat SIH, mereka dapat mengontrol terminal jarak jauh dengan menyentuhnya.
Itu
