"Akıllı tekstil" terimi daha geniş ve daha az net bir kavramdır. Akıllı tekstil ilk olarak 1979'da Japonya'da önerildi ve konsepti genel olarak 1990'ların sonlarında tanındı. Günümüzde akıllı tekstiller genellikle tekstil, elektronik, bilgi, biyoloji, tıp ve yeni enerji gibi multidisipliner teknolojiler aracılığıyla insan vücudundaki veya çevredeki sinyallerdeki değişiklikleri algılayabilen ve geri bildirim mekanizmaları aracılığıyla aktif olarak yanıt verebilen yeni bir tekstil türünü ifade etmektedir. geleneksel tekstillerin doğal stilini ve teknik özelliklerini korurken.

Akıllı tekstillere yönelik pek çok sınıflandırma yöntemi vardır ancak birleşik bir sınıflandırma yöntemi yoktur, yalnızca yüzeysel sınıflandırma vardır. Genel olarak dış uyaranlara tepki verme şekline göre akıllı tekstiller kabaca "pasif" akıllı tekstiller ve "aktif" akıllı tekstiller olarak ikiye ayrılabilir. İlki, şekil hafızalı malzemeler, hidrofobik veya hidrofilik tekstiller gibi çevre tarafından uyarıldıktan sonra özelliklerini değiştirebilen tekstilleri ifade eder. İkincisi, iç parametreleri bilgiye dönüştüren sensörler ve aktüatörlerle donatılmış tekstilleri ifade eder. Sıcaklık, ışık yoğunluğu ve kirlilik gibi ortamdan gelen farklı sinyalleri algılayarak dış sinyallere nasıl tepki vereceğine karar verebilir ve sonuçta çeşitli kumaş bazlı, esnek, minyatürleştirilmiş aktüatörler kullanarak çevresel sinyallere yanıt verebilir. Gömülü elektronik cihazlar (e-tekstil) ve akıllı tekstil yapıları, yerel "kararlar" verebilir ve akıllı tekstilleri, uzaktan "kararlar" vermek için yapay zeka yazılımını kullanarak veritabanları ve sunucular içeren bulutlara kablosuz olarak bağlayabilir.

Sağlık takibi, kişisel korunma, askeri kullanım, ulaşım enerjisi, eğlence ve müzik gibi alanları kapsayan akıllı tekstiller günlük hayatımızda önemli bir rol oynuyor.

Akıllı malzemeler

Çağrışım ve Tanım

Son yıllarda bilgi, malzeme ve mühendislik teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte bilim insanları ve mühendisler doğa ve biyolojik evrim hakkında öğrenmeye ve düşünmeye teşvik edilmektedir. Canlı organizmalar çeşitli biyolojik malzemelerden oluştuğu gibi, akıllı sistemler de organik kombinasyonlardan veya entegrasyonlardan oluşur. malzemelerden. Bilimsel uygulama, biyolojik olmayan materyallere "akıllı" özellikler enjekte etmenin mümkün olduğunu göstermiştir. Algılama özelliğine sahip çeşitli materyaller aracılığıyla her türlü bilgi (kuvvet, ses, ısı, ışık, elektrik, manyetik ve kimyasal bilgiler gibi) alınıp gönderilebilmektedir.

Manyetostriktif malzemeler, piezoelektrik malzemeler ve şekil hafızalı malzemeler gibi bazı akıllı malzemeler hem duyusal hem de yürütücü işlevlere sahiptir. Bu malzemeler genellikle ortamdaki değişikliklere uyum sağlayabilen Akıllı malzemeler olarak bilinir. Ancak malzemenin kendisi bilgi işleme ve geri bildirim mekanizmasına sahip değildir, çevreye uyum sağlama yeteneği yoktur. Genel olarak akıllı malzemelerin, akıllı malzemelerin "alt seviyesi" ve akıllı malzemelerin geliştirilmesinin "birincil aşaması" olduğu düşünülmektedir. Akıllı malzemeler ancak kontrol fonksiyonlarıyla birleştirildiklerinde akıllı malzeme olarak adlandırılabilir.

Akıllı malzemeler oluşturmak için bileşen malzemeleri

Akıllı malzemelerin bileşen malzemeleri; algılama malzemeleri, bilgi malzemeleri, yürütme malzemeleri, uyarlanabilir malzemeler (biyonik malzemeler) ve iki destekleyici malzemeye (sistemin çalışması için gereken gücü korumak için kullanılan) enerji malzemeleri ve yapısal malzemelere ayrılabilir. fonksiyonel malzemeleri destekleyen temel malzemeler veya bileşenler). Birkaç yaygın temel bileşen, şekil hafızalı malzemeler, optik fiberler, manyetostriktif malzemeler, elektroreolojik akışkanlar, manyetoreolojik akışkanlar, piezoelektrik malzemeler ve akıllı polimer malzemelerdir.

Genel olarak aktüatör, yalnızca aktüatöre kuvvet girildikten sonra çalıştırılabilir. Şu anda, uygulama materyali, farklı bilgi uyarımı altında çıkış kuvveti veya yer değiştirme ile sınırlı değildir; çıkış fonksiyonu, dijital ekran depolama, renk değişimi, frekans değişimi, açma ve kapama vb.'yi kapsayacak şekilde genişletilmiştir. Bu tür malzemeler, endüstride geniş uygulama alanı bulmuştur. elektronik Teknoloji.

Akıllı malzemelerin ortak temel bileşenleri

1. Şekil hafızalı malzemeler

Şekil hafızalı malzemeler arasında şekil hafızalı alaşım, hafızalı seramik ve şekil hafızalı polimer (şekil hafızalı fiber ve şekil hafızalı polimer jel dahil) bulunur. Belirli bir sıcaklıkta termoelastik (veya stres kaynaklı) martensitik dönüşüme veya vitrifikasyon dönüşümüne uğrarlar, belirli bir şekli ve elastik modülü, direnci, iç sürtünmeyi ve diğer önemli değişiklikleri hatırlayabilirler. Örneğin NiTi şekil hafızalı fiber çeşitli senaryolarda kullanılabilir.

Akıllı perde: Nikel-titanyum elyaf dokuma perde kumaşı seçimi gibi, sıcaklık 50 ° C'ye ulaştığında kumaş otomatik olarak güneşi kapatmaya tepki verir.

Moda tasarımı: Yenilikçi estetik etkiler ve rahat bir deneyim elde etmek için nikel-titanyum elyafın giysi tasarımına entegrasyonu gibi. Dışarısı sıcak olduğunda eteğin bir tarafındaki etek kısmı otomatik olarak kıvrılacak ve çiçekler saniyeler içinde otomatik olarak kapanacaktır.

Güvenlik koruması: Yapısal tasarım yoluyla koruyucu giysiye hava cebi modülü eklenirse, hava cebi alanı düşük sıcaklıkta değişmeyecektir; Sıcaklık arttıkça hava boşluğu alanı genişler. Bu tür elbiseler itfaiyecileri korumak ve yangında yanma riskini azaltmak için kullanılabilir.

Nem emilimi: Mitsubishi, şekil hafızalı yeni bir poliüretan malzeme olan Diaplex®'i geliştirdi. Bu film, yüksek su direncine ve sıcaklık değişimi, nem emilimi ile moleküllerin mikro kahverengi hareketine sahip olan kaplama kumaşı ile lamine edilmiştir.

2. Optik fiber

Optik fiber, ışığın iki dielektrik yüzey üzerinde toplam yansıması prensibinden yapılmış fotoiletken bir elementtir. Işığın iletim özelliklerinin analizi yoluyla (ışık şiddeti, eşit), fiber etrafında mevcut olan kuvvet, sıcaklık, yer değiştirme, basınç, yoğunluk, manyetik alan, kompozisyon ve X-ışını gibi parametrelerin değişimi ve dolayısıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Akıllı malzemelerde algılama elemanı veya "nöronlar" olarak, duyarlı, güçlü anti-parazit yeteneği ve düşük enerji tüketimi.

Optik fiber algılama sistemleri, biyomedikal teşhis, gıda teknolojisi, askeri ve endüstriyel uygulamalar ve inşaat mühendisliği için yaygın olarak geliştirilmiştir. Örneğin, jeotekstillere entegre edilen akıllı fiber optik sensörler, otoyol köprülerini izleyebilir ve inşaat altyapısındaki bozulmayı ve erken arızayı zamanında tespit etmek için bakım kuruluşlarına veri gönderebilir.

İmaj kredisi: Massachusetts Üniversitesi, Lowell

3. Piezoelektrik malzemeler

Piezoelektrik malzemeler arasında piezoelektrik seramikler (BaTiO3, Pb (ZrTi) O3, K (Na) NbO3, PbNb2O3, vb.) ve piezoelektrik polimerler bulunur. Piezoelektrik malzemeler, elektrik alanındaki elektrik dipollerinin kendi kendine akım düzenlemesi yoluyla malzemenin boyutunu değiştirir ve uygulanan voltaja yanıt olarak gerilim veya gerinim üretir. Elektriksel ve mekanik özellikler arasındaki ilişki doğrusaldır ve hızlı tepki, yüksek frekans ve küçük gerinim özelliklerine sahiptir. Basınçla uyarıldığında malzeme, sensör olarak kullanılabilecek bir elektrik sinyali üretir. Piezoelektrik malzemeler kristal ve seramik olabilir ancak her ikisi de kırılgandır.

Polimer piezoelektrik malzemelerin mekanik mukavemeti ve gerilim değişimlerine karşı hassasiyeti diğer birçok sensörden üstün olup akıllı yapı ve cihazlarda sensör ve eyleyici olarak kullanıma çok uygundur. İnsan papilloma, aşı, dang humması, Ebola, influenza A, insan bağışıklık yetersizliği ve hepatit B virüsünü tespit etmek için kullanılabilir.

(a) Piezoelektrik biyosensörlerin çalışma prensipleri; (b) Tespit sırasında gerilim ve zaman ilişkisi; (c) Tespit sırasında genlik ve frekans arasındaki ilişki.

Piezoelektrik malzemeler kullanılarak virüs tespiti için temel kavramlar