منسوجات هوشمند را بشناسیم

منسوجات هوشمند پارچه ها و الیافی هستند که با فناوری جدید تولید و عرضه می شوند. اما برتری منسوجات هوشمند نسبت به سایر منسوجات در این است که نسبت به محیط زیست واکنش نشان داده و اجزای الکترونیک و هوشمند را در خود دارند. سعی داریم در این سری از مقالات نفیس نخ شما را بیشتر با این محصول آشنا کنیم همراه ما باشید. تنظیم: دکتر نادیا رحیمی تنها

منسوجات هوشمند (Smart Textiles)

همانطور که در ابتدای مقاله ذکر شد منسوجات هوشمند (Smart Textiles) پارچه هایی هستند که با فناوری و جدید و نو تولید میشوند. عبارت”منسوجات هوشمند” برای اولین بار در سال 1989 در ژاپن تعریف گردید. اولین محصولی که تحت این عنوان نامگذاری گردید، رشته‌هایی از ابریشم بود که دارای خاصیت حافظه شکل‌دهی بودند. اگرچه مواد پلیمری هوشمند تا پیش از آن شناسایی شده بودند اما از آغاز دهه 1990 این نسل جدید از منسوجات در صنعت نساجی پدیدار شدند.

به طور کلی منسوجات هوشمند دلالت بر منسوجاتی دارد که می‌توانند یک محرک محیطی را حس و دریافت کرده، عکس العمل نشان داده و یا با اعمال تغییرات در ساختار خود، با شرایط جدید سازگار گردد. این محرک‌ها و یا پاسخ‌ها می‌توانند منشا الکتریکی، حرارتی، شیمیایی، مغناطیسی و … داشته باشد.

منسوجات هوشمند (Smart Textiles)

انواع منسوجات هوشمند

منسوجات هوشمند قابل تقسیم‌بندی به سه دسته زیر هستند:

• منسوجات هوشمند غیرفعال: این دسته از منسوجات تنها محرک محیطی را حس می‌کنند. این دسته از مواد سنسورها را تشکیل می‌دهند.
• منسوجات هوشمند فعال: این دسته از منسوجات می‌توانند محرک محیطی را حس کرده، به آن واکنش نشان داده بنابراین علاوه بر عملکرد به صورت سنسور، یک عملکرد فعال نیز دارند.

پیشنهاد میکنیم مطالعه نمایید: مقدمه ای بر عملیات تکمیل در منسوجات

• منسوجات فوق هوشمند: که یک مرحله پیشرفته‌تر عمل می‌کنند و این قابلیت را دارند که رفتار خود را با شرایط تطبیق دهند.

نکته

زمینه کاربردهای منسوجات هوشمند با توجه به قابلیت‌های آن‌ها بسیار گسترده است از جمله می‌توان به منسوجات پزشکی، منسوجات محافظ، منسوجات با قابلیت‌های ویژه، منسوجات مورد استفاده در حمل و نقل، سنسورها و… اشاره نمود.

منسوجات هوشمند (Smart Textiles)

منسوجات هوشمند و کاربرد آنها

منسوجات هوشمند در محصولات زیر کاربرد مفیدی دارند:

• ترموترون (Thermotron): این پارچه ویژه قادر است نور خورشید را جذب کرده و آن را به انرژی گرمایی تبدیل نماید و با حداقل هدر رفت آن را ذخیره نماید. در درون ترموترون، ذرات ترکیبات شیمیایی امکان جذب نور خورشید را می‌دهند و نهایتا لایه درونی پارچه، این گرمای تولید شده را نگه داشته و مانع انتقال آن به اطراف می‌گردد.
• جزیره سنگی (Stone Island): این ژاکت جالب برای نمایش دمای اطراف بی‌نظیر است و بر مبنای کریستال مایع (Liquid crystal) ساخته شده است. در ۲۷ درجه سانتیگراد، رنگ لباس به تدریج از رنگ تیره به رنگ روشن‌ تر و شفاف تر که رنگ پایه پارچه است تغییر پیدا می‌‌کند و وقتی لباس به دمای عادی خود بر می‌‌گردد، رنگ تیره اصلی خود را مجددا به دست می‌آورد.
• نشان قطبی (Polar seal): این محصول که تنها با تماس یک دکمه امکان گرمای فوری را فراهم می‌کند. در این محصول سه سطح گرمای زیاد، متوسط و پایین و در دو منطقه گرمایش یکی در قسمت بالایی و دیگری در قسمت پشت لباس وجود دارد. این منسوج انعطاف‌ پذیر، سبک و دارای تهویه هوا و تعرق بدن است. این منسوجات را می توان به صورت دستکش و یا پیراهن مورد استفاده قرار داد. شایان ذکر است که این منسوج می‌ تواند با هر بار شارژ تا ۸ ساعت گرم بماند.
• زیرو وان (Zero 1): با این کلاه برای گوش دادن به موسیقی یا برقراری تماس‌های تلفنی بی‌نیاز از هدفون خواهیم بود. این نمونه در برخی کلاه‌های ایمنی موتورسیکلت نیز وجود دارند. این کلاه در برابر آب مقاوم است و در شرایط بارندگی نیز قابل استفاده هستند.
• لباس ذهنی (Mood dress): دانشمندان قادر به طراحی و تولید البسه‌ای شدند که می‌تواند رنگ را بسته به حالت روحی و ذهن افراد تغییر دهد. این لباس جالب توسط کمپانی فیلیپس طراحی شده‌ و از دو لایه تشکیل شده‌ است: یک لایه درونی شامل سنسور بیومتریک که حالت یا احساسات فرد را انتخاب می‌‌کند و آن را با استفاده از رنگ‌‌های موجود در لایه دوم (لایه خارجی) به نمایش می‌‌گذارد. احساساتی مثل استرس یا ترس بر دمای بدن و سطح تعرق اثر می‌‌گذارد و این عوامل منجر به تغییر الگو و رنگ لباس می‌شود به عنوان مثال در شرایط عصبانیت یا اضطراب، رنگ لباس قرمز و در حالت آرامش رنگ سبز ظاهر می‌شود.

بیشتر مطالعه نمایید: رنگ چیست؟

• شنل نامرئی (Invisible Cloak): دانشمندان در حال توسعه یک شنل نامرئی بر مبنای نانو ذرات می‌باشند. دوربینی که پشت شنل نصب‌ شده حرکت هر شی یا اتفاقی را در پشت سر فرد ضبط و تصویر را در جلوی شنل قرار می‌دهد و سبب می‌شود فرد نامریی به نظر برسد.
• پیراهن هوشمند (Arrow smart shirt): پیراهن تولید شده مشابه پیراهن‌های معمولی است اما دارای خصوصیات جالبی مانند برقراری تماس تلفنی با یک ضربه کوچک، نگهدارنده کارت ویزیت روی آستین لباس، اتصال به بلوتوث، گوش دادن و پخش برنامه و لیست آهنگ‌های مورد علاقه است. پیراهن هوشمند دارای یک تراشه داخلی بر روی دکمه سر آستین است که می‌‌تواند با اپلیکیشن مخصوص خود، کار کند.
• آستین (AIO Sleeve): AIO این آستین هوشمند می‌‌تواند در یک دست پوشیده شود و به فرد قدرت تجزیه و تحلیل رفتارها، مدت‌ زمان و کیفیت خواب، پخش موسیقی مورد علاقه، تعیین ضربان قلب، مسافت‌های طی شده، میزان کالری مصرفی و سطح استرس را (به کمک گوشی هوشمند) ارائه دهد.
• پوشاک لومینکس: کمپانی لومينكس ایتالیا توانسته است پارچه‌های نورانی (در قالب شال، شلوار، پیراهن و غیره) را با استفاده از فيبرهای نوری و الياف معمولی نساجی توليد نماید. این پارچه‌ها در زمینه‌های تزئین، صنعت سینما و تئاتر، یونیفورم‌های نیروهای پليس و خدمات امدادرسانی و حتی در شرايطی كه به دليل كاهش نور ديد كافی وجود ندارد (مثلا هوای مه آلود يا پوشيده از دود) کاربرد دارند.
• فیلترهای انتخابی: محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، در زمینة توسعه منسوجات مقاوم شیمیایی توانسته اند لایه‌هایی با ضخامت تنها 20 نانومتر را طراحی نمایند که قادرند موادی را که از لایه‌ها می‌گذرند را به طور انتخابی فیلتر نمایند. این لایه‌ها برای اهداف شیمیایی مختلفی ساخته‌ شده‌اند برای مثال مواد شیمیایی جنگی نظیر گاز اعصاب یا خردل یا مواد شیمیایی صنعتی در این لایه‌ها مسدود می‌گردد در حالیکه هنوز هوا و رطوبت می‌توانند از این پارچه‌ها عبور کنند.
• جوهر رسانا جهت حوزه منسوجات الکترونیکی: محققین موفق به ساخت جوهری شده‌اند با قابلیت رسانایی قوی و انعطاف پذیری که می‌تواند روی منسوجات پرینت شود. با این تکنولوژی، منسوجاتی مانند البسه ورزشی و … می‌توانند جهت تعیین تعداد ضربان قلب و شدت عملکرد ماهیچه ها مورد استفاده قرار گیرند.

نمونه های کاربردی منسوجات هوشمند در: ترموترون (Thermotron)، نشان قطبی (Polar seal)، لباس ذهنی (Mood dress) و…است.

منسوجات حافظه دار

این مواد شکل خود را پس از اعمال تغییرات حفظ می‌کند از این‌رو به آن‌ها حافظه‌دار می‌گویند. این مواد می‌توانند با اعمال یک محرک خاص به شکل اولیه خود بازگردند. این محرک ممکن است گرما، نور یا … باشد.

این قابلیت تحت عنوان اثر حافظه شکل (SME: Shape Memory Effect) شناخته می‌شود و می‌تواند در آلیاژهای شناخته شده به عنوان آلیاژهای حافظه شکل (SMAs) و در پلیمرها، به عنوان پلیمرهای حافظه شکل (SMPs) رخ دهد.

پلیمرهای حافظه دار، ساختار شیمیایی خاصی دارند به این صورت که می‌توانند از حالت تغییر شکل یافته به حالت اولیه بازگردند.

محرک خارجی می‌تواند گرما، نور، الکتریسیته یا مغناطیس باشد. در حالت کلی، پلیمرها می‌توانند دو حالت در ساختار خود داشته باشند. حالت کریستالی که در آن به طور یکنواخت سازماندهی شده و به ساختار نسبتا محکمی تبدیل می‌شود، یا حالت بی شکل که در آن زیر واحدهای پلیمری به طور تصادفی پراکنده و نسبتا نرم و انعطاف پذیر هستند و به راحتی در اطراف حرکت می‌کنند. تفاوت پلیمرهای حافظه دار با سایر پلیمرها در ساختاری نیمه کریستالی آنهاست و هر دو حالت ساختاری به طور همزمان در یک دمای خاص، (معمولا دمای معمولی محیط) وجود دارد.

منسوجات حفاظ دار

از آنجایی که پلیمرهای حافظه‌دار می‌توانند به دما، نور، pH  و رطوبت پاسخ دهند، امکانات بسیار جالبی را در ساختار پارچه‌ها ایجاد می‌نمایند از جمله: راحتی، زیبایی، پایش وضعیت زخم، محافظت در برابر شرایط محیطی، رهایش کنترل شده دارو و … .

برخی از نمونه‌های پوشاک عبارتند از:

• لباس‌های تنفسی هوشمند که می‌توانند گرما و رطوبت بدن کاربر را تنظیم کنند.
• پارچه‌های ضد چروک
• کمربند ایمنی خودرو با استفاده از الیاف SMP (الیاف ایمن) که انرژی جنبشی را جذب می‌کند و ایمنی را افزایش می‌دهد.
• محصولات مراقبت از پوست با اثرات مرطوب‌کننده، سفیدکننده، روشن‌کننده و ضدپیری به دلیل انتشار کنترل شده مواد مغذی یا داروها
• محصولات پانسمان زخم که در پاسخ به تغییرات pH یا دما، دارو را آزاد می‌کنند و به زخم‌ها اجازه می‌دهند به سرعت بهبود پیدا کنند.
• پارچه های معطر که دئودورانت‌ها را در دماهای خاص آزاد می کنند.
• منسوجات الکترونیکی پوشیدنی

منسوجات محافظ چیست؟

به طور خاص، بسته به هدفی که منسوجات جاذب برای آن توسعه‌یافته اند، محصول مورد نظر طراحی و تولید می‌شود. منسوجات سوپرجاذب در زمینه‌های زیست پزشکی، داروسازی، مراقبت‌های بهداشت شخصی، پوشاک، لباس‌های محافظ، کشاورزی، باغبانی، ساخت‌وساز، بسته‌بندی مواد غذایی و فناوری‌های نوین قابل استفاده هستند. منسوجات محافظ بر حسب محرکی که حفاظت در برابر آن انجام می‌شود، دسته بندی می‌شوند:

• منسوجات محافظ در برابر پرتو UV: با توجه به اثرات سوء اشعه UV بر پوست انسان و نیز روند افزایشی این اشعه در پرتو نور خورشید رسیده به زمین، اهمیت استفاده از منسوجات محافظ در برابر اشعه UV مشخص می‌گردد. این قابلیت در منسوجات را می‌توان از طریق افزودن مواد جاذب UV در پروسه تولید الیاف و یا استفاده از روش‌های تکمیل پس از تولید منسوجات، ایجاد نمود. از آن جا که روش‌های پوشش دهی و تکمیل مربوط به منسوجات بافته شده است، روش‌هایی که بر تولید الیاف با این قابلیت تمرکز دارند، مورد توجه قرار گرفته است.

پیشنهاد میکنیم مطلب فلورسانس چیست؟ را مطالعه نمایید

• منسوجات محافظ در برابر مواد شیمیایی: به منظور ایجاد این قابلیت، از روش‌های تکمیلی برای الیاف گوناگون اعم از پنبه، پشم، نایلون و پلی استر بهره گرفته شده است. ایجاد این قابلیت می‌تواند به روش‌های تکمیل سطحی و یا افزودنی‌های موثر حین تولید الیاف مصنوعی صورت پذیرد. محصول Trevira CS نمونه‌ای از این الیاف است که منجر به ایجاد الیاف پلی‌استر جاذب مواد شیمیایی شده است.

برای اطلاع بیشتر از الیاف پلی استر کلیک کنید

منسوجات محافظ

چرا باید منسوجات هوشمند را انتخاب کنیم؟

چنانچه ذکر شد، مجموعه وسیع “مواد هوشمند” که به عنوان مواد پاسخگو نیز شناخته می شوند، دارای یک یا چند ویژگی هستند که به شیوه‌ای کنترل شده توسط برخی محرک‌های خارجی تحت تاثیر قرار می‌گیرند. در مورد حافظه شکل، خاصیتی که بر اثر اعمال برخی از محرک‌هایی نظیر دما، تنش، رطوبت، میدان الکتریکی یا مغناطیسی، pH، نور یا ترکیب شیمیایی تحت تأثیر قرار می‌گیرد، شکل آنها است.

با توجه به عملکرد و خواص (حرارتی و مکانیکی، رفتار پاسخگویی به محرک، عملکرد تغییر شکل چندگانه و…) و همچنین کاربردهای بالقوه، توسعه نانو الیاف پلیمری حافظه‌دار و کامپوزیت‌های آنها در زمینه‌های گوناگون بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

منابع و مراجع

1. Smart Textiles And Their Applications – Visual Perceptions, V. Koncar , University of Lille, ENSAIT – GEMTEX, Roubaix, France, 2018
2. Smart Textiles- New Possibilities in Textile Engineering, S. Chandra Das, D. Paul, Sk. Md. Mahamudul Hasan, N. Chowdhury, Md. E. Haque Nizam, International Conference on Mechanical, Industrial and Materials Engineering 2013 (ICMIME2013)
3. https://nimaeducationalgroup.ir/what-are-the-smart-textiles/