百变多功能智能纺织品全了解
发布时间:2022-09-22     浏览次数:79    发布者:Admin

“智能纺织品”一词是一个较为宽泛的、不太明确的概念。智能纺织品最早是日本于1979 年提出,其概念真正被人们普遍认知则是在20 世纪90 年代后期。目前而言,智能纺织品通常是指贯穿纺织、电子、信息、生物、医学、新能源等多学科综合技术,能够感知人体或环境信号变化,并通过反馈机制主动做出响应,同时保留传统纺织品固有风格和技术特征的一类新型纺织品。

智能纺织品的分类方法众多,并未有统一的分类方法,只能粗浅地分类。一般按照对外界刺激所反应的方式,智能纺织品大致可分为“被动”智能纺织品和“主动”智能纺织品。前者指被环境刺激后能改变其性能的纺织品,如形状记忆材料、疏水或亲水性纺织品等;后者则指装有传感器和驱动器,传感器和驱动器能够将内部参数转化为传递信息的纺织品。其能够感知来自环境的不同信号,例如温度、光强和污染,从而决定如何对外部信号做出反应,且最终使用各种基于织物的、灵活的、微型化的执行器对环境信号做出反馈。嵌入式电子设备(电子纺织品)及智能纺织品结构可以进行本地“决策”,将智能纺织品与包含数据库的云、使用人工智能软件的服务器等无线连接,可以进行远程“决策”。

智能纺织品在我们的日常生活中发挥着关键作用,涉及健康监测、个人防护、军事用途、交通能源、娱乐和音乐等领域。

智能材料

内涵与定义

近年来,随着信息、材料及工程科技的发展,科学家和工程师从自然界和生物进化的学习和思考中受到启发。人们对比生物和智能系统(表1)可知它们的组成单元、功能结构的情况。

1生物体与智能系统的组成单元与功能构成功能

正如生物体是通过各种生物材料构成一样,智能系统是通过材料间的有机复合或集成来构成。科学实践证明,在非生物材料中注入“智能”特性是可以做到的。通过各种具有传感性能的材料可使各类信息(如力、声、热、光、电、磁、化学信息)互相转换和传递。

部分智能材料兼具感知和执行功能,如磁致伸缩材料、压电材料、形状记忆材料等,这种材料通称为机敏材料(smart materials),它们能对环境变化做出适应性反应。但材料自身不具备信息处理和反馈机制,不具备顺应环境适应性。一般认为,机敏材料是智能材料(intelligentmaterials)的“低级层次”,是智能材料发展的“初级阶段”。机敏材料再加上控制功能才能称为智能材料。

构建智能材料的组元材料

智能材料的组元材料可以划分为传感材料、信息材料、执行材料、自适应材料(仿生材料),以及两种支撑材料——能源材料(用作维持系统工作所需的动力)和结构材料(是支持功能材料的基本材料或构件)。几种常见的基本组元分别为形状记忆材料、光导纤维、磁致伸缩材料、电流变液、磁流变液、压电材料以及智能高分子材料。

一般情况下,需要将力输入执行材料后,执行材料才能启动。当下,执行材料已经不仅限于能在不同信息激励下输出力或位移,其输出功能已经拓展到数码显示储存、颜色改变、频率改变、开关启闭等等。这类材料在电子技术中已获得广泛应用。

常见的智能材料基本组元

1.形状记忆材料

形状记忆材料包括形状记忆合金、记忆陶瓷以及形状记忆聚合物(含形状记忆纤维、形状记忆聚合物凝胶)。它们在特定温度下发生热弹性(或应力诱发)马氏体相变或玻璃化转变,能记忆特定的形状,而且弹性模量、电阻、内耗等发生显著变化。如NiTi 形状记忆纤维就可应用于多种场景。

智能窗帘:如选用镍钛纤维编织窗帘面料,当温度达到50℃时,面料自动做出反应,闭拢遮阳。

时尚设计:如在服装设计中集成镍钛纤维,实现创新美学效果以及舒适体验。当外界气温偏高时,裙子一边的下摆会几秒内自动卷起,花朵会自动合拢。

安全防护:如通过结构设计,在防护服中加入气窝模块,低温时,气窝面积不会改变;温度升高,气窝面积随之扩大。此类防护服可用于保护消防员,降低在火场被烧伤的风险。

吸湿透气:日本三菱集团(Mitsubishi)开发出了一种具有形状记忆功能的聚氨酯类新材料Diaplex®,这种膜与外衣面料层压复合,具有高拒水性以及随温度改变出现的分子微布朗运动,吸湿透气。

2.光导纤维

光导纤维是利用两种介质面上光的全反射原理制成的光导元件。通过分析光的传输特性(光强、位相等),可获得光纤周围的力、温度、位移、压强,密度、磁场、成分和X 射线等参数的变化,因而广泛用作传感元件或智能材料中的“神经元”,具有反应灵敏、抗干扰能力强和耗能低等特点。

光纤传感系统已广泛开发用于生物医学诊断、食品技术、军事和工业应用以及土木工程等多个领域。如将智能光纤传感器集成到土工织物中,以监控高速公路桥梁并将数据发送给养护机构,从而及时地检测民用基础设施的恶化和过早失效。

3.压电材料

压电材料包括压电陶瓷(BaTiO3PbZrTiO3KNaNbO3PbNb2O3等)和压电高分子等。压电材料通过电偶极子在电场中的自流排列而改变材料的尺寸,响应外加电压而产生应力或应变,电和力学性能之间呈线性关系,具有响应速度快、频率高和应变小等特点。此种材料受到压力刺激可以产生电信号,可用作传感器。压电材料可以是晶体和陶瓷,但它们都比较脆。

高分子压电材料的机械强度和对应力变化的敏感性优于许多其他传感器,非常适合用作智能结构和设备中的传感器和执行器。可用于检测人乳头瘤、牛痘、登革热、埃博拉、甲型流感、人类免疫缺陷和乙型肝炎病毒。

a)压电生物传感器的工作原理;(b)检测期间的电压与时间关系;(c)检测期间的振幅与频率的关系

使用压电材料进行病毒检测的基本概念

来源:纺织导报

链接:http://www.texleader.com.cn/article/32958.html


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