Az „intelligens textil” kifejezés egy tágabb, kevésbé egyértelmű fogalom. Az intelligens textil fogalmát először 1979-ben javasolták Japánban, és a koncepciója az 1990-es évek végén vált általánosan ismertté. Jelenleg az intelligens textíliák általában olyan új típusú textíliákat jelentenek, amelyek képesek érzékelni az emberi test vagy a környezet jeleinek változásait multidiszciplináris technológiák, például textil, elektronika, információ, biológia, orvostudomány és új energia révén, és aktívan reagálnak visszacsatolási mechanizmusokon keresztül, miközben megőrzik a hagyományos textíliák inherens stílusát és technikai jellemzőit.

Az intelligens textíliák számos osztályozási módszerrel rendelkeznek, de nincs egységes osztályozási módszer, csak felületes osztályozás létezik. Általánosságban elmondható, hogy a külső ingerekre adott reakció módja szerint az intelligens textíliák nagyjából „passzív” intelligens textíliákra és „aktív” intelligens textíliákra oszthatók. Az előbbi olyan textíliákra vonatkozik, amelyek képesek megváltoztatni tulajdonságaikat a környezeti hatások hatására, például alakmemóriás anyagokra, hidrofób vagy hidrofil textíliákra stb. Az utóbbi olyan textíliákra vonatkozik, amelyek érzékelőkkel és aktuátorokkal vannak felszerelve, amelyek a belső paramétereket információvá alakítják. Képesek érzékelni a környezetből származó különböző jeleket, például a hőmérsékletet, a fényintenzitást és a szennyezést, hogy eldöntsék, hogyan reagáljanak a külső jelekre, és végül reagáljanak a környezeti jelekre különféle szövetalapú, rugalmas, miniatürizált aktuátorok segítségével. A beágyazott elektronikus eszközök (e-textíliák) és az intelligens textilszerkezetek lokális „döntéseket” hozhatnak, és vezeték nélkül összekapcsolhatják az intelligens textíliákat adatbázisokat és szervereket tartalmazó felhőkkel mesterséges intelligencia szoftverek segítségével, hogy távoli „döntéseket” hozzanak.

Az intelligens textíliák kulcsszerepet játszanak mindennapi életünkben, olyan területeken, mint az egészségügyi monitorozás, a személyi védelem, a katonai felhasználás, a közlekedés, az energia, a szórakoztatás és a zene.

Intelligens anyagok

Konnotáció és definíció

Az utóbbi években az információ, az anyagok és a mérnöki technológiák fejlődésével a tudósok és mérnökök egyre inkább arra törekszenek, hogy tanuljanak és gondolkodjanak a természetről és a biológiai evolúcióról. Ahogyan az élő szervezetek különféle biológiai anyagokból épülnek fel, az intelligens rendszerek is anyagok szerves kombinációiból vagy integrációiból épülnek fel. A tudományos gyakorlat kimutatta, hogy lehetséges „intelligens” tulajdonságokat bevinni nem biológiai anyagokba. Mindenféle információ (például erő, hang, hő, fény, elektromosság, mágneses és kémiai információk) cserélhető és továbbítható különféle, érzékelő tulajdonságokkal rendelkező anyagokon keresztül.

Néhány intelligens anyag, mint például a magnetostrikciós anyagok, a piezoelektromos anyagok és az alakmemóriás anyagok, érzékszervi és végrehajtó funkciókkal is rendelkeznek. Ezeket az anyagokat általában intelligens anyagoknak nevezik, amelyek képesek alkalmazkodni a környezet változásaihoz. Maguk az anyagok azonban nem rendelkeznek információfeldolgozó és visszacsatolási mechanizmussal, nem alkalmazkodnak a környezethez. Általánosságban úgy vélik, hogy az intelligens anyagok az intelligens anyagok "alsó szintjét" és az intelligens anyagok fejlesztésének "elsődleges szakaszát" alkotják. Az intelligens anyagokat csak akkor nevezhetjük intelligens anyagoknak, ha szabályozási funkciókkal kombinálják őket.

Alkatrészek intelligens anyagok építéséhez

Az intelligens anyagok alkotóelemei érzékelő anyagokra, információs anyagokra, végrehajtó anyagokra, adaptív anyagokra (bionikus anyagok) és két tartóanyagra oszthatók – energiaanyagokra (amelyek a rendszer működtetéséhez szükséges teljesítmény fenntartásához használatosak) és szerkezeti anyagokra (alapanyagok vagy funkcionális anyagokat tartó alkatrészek). Számos gyakori alapkomponens az alakmemóriás anyagok, az optikai szálak, a magnetostrikciós anyagok, az elektroreológiai folyadékok, a magnetoreológiai folyadékok, a piezoelektromos anyagok és az intelligens polimer anyagok.

Általánosságban elmondható, hogy a működtető csak az erő beadása után indítható el. Jelenleg a megvalósítási anyag nem korlátozódik a kimeneti erőre vagy elmozdulásra különböző információgerjesztések hatására, kimeneti funkcióját kiterjesztették a digitális kijelző tárolására, színváltásra, frekvenciaváltásra, be- és kikapcsolás stb. Az ilyen anyagok széles körben alkalmazhatók az elektronikai technológiában.

Az intelligens anyagok közös alapkomponensei

1. Formamemóriás anyagok

Az alakmemóriás anyagok közé tartoznak az alakmemóriás ötvözetek, a memóriakerámiák és az alakmemóriás polimerek (beleértve az alakmemóriás szálakat és az alakmemóriás polimer géleket). Ezek a szálak termoelasztikus (vagy feszültség által kiváltott) martenzites átalakuláson vagy üvegesedésen mennek keresztül egy adott hőmérsékleten, képesek megjegyezni egy adott alakot, valamint a rugalmassági modulust, az ellenállást, a belső súrlódást és egyéb jelentős változásokat. A NiTi alakmemóriás szál például számos esetben felhasználható.

Intelligens függöny: például a nikkel-titán szálas szőtt függönyszövet választása esetén, amikor a hőmérséklet eléri az 50 ℃-ot, a szövet automatikusan reagál a nap bezárására.

Divattervezés: például nikkel-titán szálak integrálása a ruházati tervezésbe az innovatív esztétikai hatások és a kényelmes élmény elérése érdekében. Amikor a külső hőmérséklet meleg, a szoknya egyik oldalán lévő szegély automatikusan felkunkorodik, és a virágok másodpercek alatt automatikusan bezárulnak.

Biztonsági védelem: ha a légzsákmodult a szerkezeti kialakítás révén beépítik a védőruházatba, a légzsák területe alacsony hőmérsékleten sem változik; a hőmérséklet emelkedésével a légzsák területe kitágul. Az ilyen védőruhák a tűzoltók védelmére és a tűzben való megégés kockázatának csökkentésére használhatók.

Nedvességfelvétel: A Mitsubishi kifejlesztette a Diaplex®-et, egy új, alakmemória-funkcióval rendelkező poliuretán anyagot. Ez a fólia réteggel van laminálva, amely nagy vízállósággal és a molekulák mikrobarna mozgásával rendelkezik a hőmérsékletváltozás hatására, így felszívja a nedvességet.

2. Optikai szál

Az optikai szál egy fotovezető elem, amely a fény két dielektromos felületen történő teljes visszaverődésének elvén alapul. A fényáteresztési jellemzők (fényintenzitás, egyenlő) elemzésével a szál körüli erő, hőmérséklet, elmozdulás, nyomás, sűrűség, mágneses mező, összetétel és a paraméterek, például a röntgensugárzás változása alapján széles körben használják érzékelő elemként, vagy "neuronként" intelligens anyagokban, érzékeny, erős interferencia-ellenálló képességgel és alacsony energiafogyasztással rendelkezik.

Az optikai szálas érzékelő rendszereket széles körben fejlesztették ki biomedicinális diagnosztika, élelmiszertechnológia, katonai és ipari alkalmazások, valamint a mélyépítészet számára. Például a geotextíliákba integrált intelligens optikai érzékelők képesek figyelni az autópálya-hidakat, és adatokat küldeni a karbantartó ügynökségeknek, hogy időben észleljék a közúti infrastruktúra romlását és idő előtti meghibásodását.

Kép forrása: Massachusettsi Egyetem, Lowell

3. Piezoelektromos anyagok

A piezoelektromos anyagok közé tartoznak a piezoelektromos kerámiák (BaTiO3, Pb (ZrTi) O3, K (Na) NbO3, PbNb2O3 stb.) és a piezoelektromos polimerek. A piezoelektromos anyagok az elektromos dipólusok elektromos térben történő önáramú elrendeződése révén változtatják az anyag méretét, és az alkalmazott feszültségre válaszul feszültséget vagy alakváltozást hoznak létre. Az elektromos és mechanikai tulajdonságok közötti kapcsolat lineáris, és a gyors válaszidő, a nagy frekvencia és a kis alakváltozás jellemzőivel rendelkezik. Nyomás hatására az anyag elektromos jelet generál, amely érzékelőként használható. A piezoelektromos anyagok lehetnek kristályosak és kerámiák, de mindkettő törékeny.

A piezoelektromos polimer anyagok mechanikai szilárdsága és feszültségváltozásokkal szembeni érzékenysége felülmúlja számos más érzékelőt, és nagyon alkalmasak érzékelőként és aktuátorként való használatra intelligens szerkezetekben és eszközökben. Használhatók humán papillomavírus, vakciniavírus, dengue-láz, ebolavírus, influenza A vírus, humán immunhiány és hepatitis B vírus kimutatására.

(a) Piezoelektromos bioszenzorok működési elvei; (b) Feszültség és idő összefüggése detektálás közben; (c) Az amplitúdó és a frekvencia összefüggése detektálás közben.

A piezoelektromos anyagokkal történő vírusdetektálás alapfogalmai