Udtrykket "smart tekstil" er et bredere, mindre klart begreb. Intelligent tekstil blev først foreslået i Japan i 1979, og dets koncept blev generelt anerkendt i slutningen af ​​1990'erne. På nuværende tidspunkt refererer intelligente tekstiler normalt til en ny type tekstiler, der er i stand til at fornemme ændringer i menneskelige krops- eller miljøsignaler gennem multidisciplinære teknologier som tekstiler, elektronik, information, biologi, medicin og ny energi, og som aktivt reagerer gennem feedbackmekanismer, samtidig med at traditionelle tekstilers iboende stil og tekniske egenskaber bevares.

Der er mange klassificeringsmetoder for intelligente tekstiler, men der er ingen samlet klassificeringsmetode, kun overfladisk klassificering. Generelt kan intelligente tekstiler groft opdeles i "passive" intelligente tekstiler og "aktive" intelligente tekstiler, alt efter måden at reagere på ydre stimuli. Førstnævnte refererer til tekstiler, der kan ændre deres egenskaber efter at være blevet stimuleret af miljøet, såsom formhukommelsesmaterialer, hydrofobe eller hydrofile tekstiler osv. Sidstnævnte refererer til tekstiler udstyret med sensorer og aktuatorer, der omdanner interne parametre til information. Den er i stand til at registrere forskellige signaler fra omgivelserne, såsom temperatur, lysintensitet og forurening, for at beslutte, hvordan den skal reagere på eksterne signaler, og i sidste ende reagere på miljøsignaler ved hjælp af en række stofbaserede, fleksible, miniaturiserede aktuatorer. Indlejrede elektroniske enheder (e-tekstiler) og smarte tekstilstrukturer kan træffe lokale "beslutninger" og trådløst forbinde smarte tekstiler med skyer, der indeholder databaser og servere ved hjælp af kunstig intelligens-software til at træffe "beslutninger" på afstand.

Smarte tekstiler spiller en nøglerolle i vores daglige liv og dækker områder som sundhedsovervågning, personlig beskyttelse, militær brug, transportenergi, underholdning og musik

Intelligente materialer

Konnotation og definition

I de senere år, med udviklingen af ​​information, materialer og ingeniørteknologier, er forskere og ingeniører inspireret til at lære og tænke på naturen og biologisk evolution. Ligesom levende organismer er lavet af forskellige biologiske materialer, er intelligente systemer lavet af organiske kombinationer eller integrationer af materialer. Videnskabelig praksis har vist, at det er muligt at injicere "intelligente" egenskaber i ikke-biologiske materialer. Alle former for information (såsom kraft, lyd, varme, lys, elektricitet, magnetisk og kemisk information) kan udveksles og transmitteres gennem forskellige materialer med sanseegenskaber.

Nogle smarte materialer, såsom magnetostriktive materialer, piezoelektriske materialer og formhukommelsesmaterialer, har både sensoriske og udøvende funktioner. Disse materialer er almindeligvis kendt som Smart-materialer, som kan tilpasse sig ændringer i miljøet. Men selve materialet har ikke informationsbehandlingen og feedbackmekanismen, har ikke tilpasningsevnen til miljøet. Det anses generelt for, at smarte materialer er det "lavere niveau" af intelligente materialer og det "primære stadium" i udviklingen af ​​intelligente materialer. Smarte materialer kan kun kaldes smarte materialer, hvis de kombineres med kontrolfunktioner.

Komponentmaterialer til at bygge smarte materialer

Komponentmaterialerne i smarte materialer kan opdeles i sansematerialer, informationsmaterialer, udførelsesmaterialer, adaptive materialer (bioniske materialer) og to støttematerialer - energimaterialer (bruges til at opretholde den kraft, der kræves til at arbejde med systemet) og strukturelle materialer ( basismaterialer eller komponenter, der understøtter funktionelle materialer). Flere almindelige grundkomponenter er formhukommelsesmaterialer, optiske fibre, magnetostriktive materialer, elektroreologiske væsker, magnetoreologiske væsker, piezoelektriske materialer og intelligente polymermaterialer.

Generelt kan aktuatoren kun startes, efter at kraften er indført i aktuatoren. På nuværende tidspunkt er implementeringsmaterialet ikke begrænset til outputkraft eller forskydning under forskellig informationsexcitation, dets outputfunktion er blevet udvidet til digital skærmlagring, farveændring, frekvensændring, tænd og sluk osv. Sådanne materialer har fundet bred anvendelse i elektronisk teknologi.

Fælles grundlæggende komponenter i smarte materialer

1. Formhukommelsesmaterialer

Formhukommelsesmaterialer omfatter formhukommelseslegering, memorykeramik og formhukommelsespolymer (inklusive formhukommelsesfiber og formhukommelsespolymergel). De gennemgår termoelastisk (eller stress-induceret) martensitisk transformation eller forglasning transformation ved en bestemt temperatur, kan huske en specifik form, og elasticitetsmodulet, modstand, intern friktion og andre væsentlige ændringer. NiTi formhukommelsesfiber kan for eksempel bruges i en række forskellige scenarier.

Intelligent gardin: såsom valget af nikkel-titanfibervævet gardinstof, når temperaturen når 50 ℃, reagerer stoffet automatisk på at lukke solen.

Modedesign: såsom integration af nikkel-titanfiber i tøjdesign for at opnå innovative æstetiske effekter og behagelig oplevelse. Når temperaturen udenfor er varm, vil sømmen på den ene side af nederdelen automatisk krølle sammen, og blomsterne lukker automatisk på få sekunder.

Sikkerhedsbeskyttelse: hvis luftlommemodul føjes til beskyttelsesbeklædning gennem strukturelt design, ændres luftlommeområdet ikke ved lav temperatur; Når temperaturen stiger, udvides luftlommeområdet. Sådanne dragter kan bruges til at beskytte brandmænd og reducere risikoen for at blive brændt i en brand.

Fugtabsorbering: Mitsubishi har udviklet Diaplex®, et nyt polyurethanmateriale med formhukommelsesfunktion. Denne film er lamineret med pelsstof, som har høj vandmodstand og mikrobrun bevægelse af molekyler med temperaturændringer, fugtabsorption.

2. Optisk fiber

Optisk fiber er et fotoledende element lavet af princippet om total refleksion af lys på to dielektriske overflader. Gennem analysen af ​​lysets transmissionskarakteristika (lysintensitet, lige), tilgængelig omkring fiberkraften, temperatur, forskydning, tryk, tæthed, magnetfelt, sammensætning og ændring af parametre såsom røntgen, og dermed meget udbredt som sansende element, eller "neuroner" i intelligente materialer, responsiv, stærk anti-interferensevne og lavt energiforbrug.

Optiske fibersensorsystemer er blevet bredt udviklet til biomedicinsk diagnostik, fødevareteknologi, militære og industrielle applikationer og civilingeniør. For eksempel kan smarte fiberoptiske sensorer integreret i geotekstiler overvåge motorvejsbroer og sende data til vedligeholdelsesbureauer for at opdage forringelse og for tidlig svigt af civil infrastruktur rettidigt.

Billedkredit: University of Massachusetts, Lowell

3. Piezoelektriske materialer

Piezoelektriske materialer omfatter piezoelektriske keramik (BaTiO3, Pb (ZrTi) O3, K (Na) NbO3, PbNb2O3 osv.) og piezoelektriske polymerer. Piezoelektriske materialer ændrer størrelsen af ​​materialet gennem selvstrømsarrangementet af elektriske dipoler i det elektriske felt og producerer spænding eller belastning som reaktion på påført spænding. Forholdet mellem elektriske og mekaniske egenskaber er lineært, og det har karakteristika af hurtig respons, høj frekvens og lille belastning. Når det stimuleres af tryk, genererer materialet et elektrisk signal, som kan bruges som en sensor. Piezoelektriske materialer kan være krystal og keramik, men de er begge skøre.

Den mekaniske styrke og følsomhed over for spændingsændringer af polymere piezoelektriske materialer er overlegen i forhold til mange andre sensorer og er meget velegnede til brug som sensorer og aktuatorer i intelligente strukturer og enheder. Kan bruges til at påvise humant papilloma, vaccinia, denguefeber, ebola, influenza A, human immundefekt og hepatitis B-virus.

(a) Arbejdsprincipper for piezoelektriske biosensorer; (b) Spændings- og tidsforhold under detektion; (c) Forholdet mellem amplitude og frekvens under detektion.

Grundlæggende begreber til virusdetektion ved hjælp af piezoelektriske materialer