스마트 패브릭에 사용될 수 있는 우수한 유연성과 투명성을 갖춘 이온 전도성 실크 섬유입니다.
스마트 웨어러블 기기의 등장으로 사람들은 인간 피부와 유사한 감지 기능을 갖춘 스마트 섬유 개발에 박차를 가하고 있습니다. 그러나 지금까지 외부 위험을 감지하고, 사람의 손가락 터치를 정확하게 식별하고 위치를 파악할 수 있는 스마트 센싱 섬유는 아직 개발되지 않았습니다.
이러한 목표를 달성하기 위해 연구팀은 우수한 기계적 및 전기적 특성을 가진 실크 기반 이온성 하이드로겔(SIH) 섬유를 제조하고, 이를 기반으로 화재, 물 등 외부 위험에 신속하게 대응할 수 있는 지능형 감지 섬유를 설계했습니다. 이 섬유는 침수나 날카로운 물체에 의한 인체/로봇의 긁힘을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 사람의 손가락 터치를 정확하게 식별하고 위치를 파악하여 유연한 웨어러블 인간-컴퓨터 상호작용 인터페이스로 활용할 수 있도록 설계되었습니다. 이를 통해 원격 단말기를 편리하게 제어할 수 있습니다. 연속 습식 방사 및 용매 교환을 통해 제조된 SIH 섬유는 내부 반결정질 고배향 구조와 이온성 액체의 첨가로 인해 우수한 파단 강도(55 MPa), 연성(530%) 및 안정성을 보입니다. 또한, 뛰어난 전기 전도도(0.45 S·m–1)를 자랑합니다. 이 섬유를 기반으로 설계된 직물은 스마트 웨어러블 기기 및 유연한 인간-컴퓨터 상호작용 인터페이스와 같은 분야에서 중요한 응용 잠재력을 보여줍니다.
습식방사 + 용매교환법을 이용한 SIH 섬유 제조
SIH 섬유의 제조 공정, 형태, 직조성 및 유연한 전기적 응용 분야.
SIH 섬유의 구성 및 구조적 특성
열중량 분석, 에너지 분산 분광법(EDS), 그리고 적외선 분광법을 통해 [Emim]BF4가 SIH 광섬유 내에 균일하게 분포되어 있음을 확인했습니다. 열중량 곡선에서 350°C에서의 중량 감소는 [Emim]BF4에 기인합니다. EDS 스펙트럼에서 원소 F는 [Emim]BF4에 속합니다. 적외선 스펙트럼에서 1169 cm–1의 피크는 [Emim]+ 고리 내 C−N−C의 비대칭 진동에 기인할 수 있습니다. 동시에, 적외선 스펙트럼과 편광 현미경 사진을 통해 SIH 광섬유의 반결정 구조와 고배향 구조를 확인할 수 있었습니다.
SIH 섬유의 기계적 및 전기적 특성
SIH 섬유는 우수한 기계적 및 전기적 특성을 나타냅니다. 인장 강도와 파단 신율은 각각 4 MPa와 530%에 달합니다. 용매 교환 전 추가 연신 처리를 통해 인장 강도를 55 MPa까지 높일 수 있으며, 이는 기존에 보고된 하이드로겔 섬유(<10 MPa)보다 몇 배 더 높습니다. 이온 전도도는 0.45 S·m–1에 달하며, 3주 동안 방치하거나 다양한 기계적 자극(압착, 굽힘, 인장)을 가한 후에도 안정적으로 유지됩니다.
SIH 섬유에 의한 위험 신호의 특정 인식
그만큼
화재, 물, 날카로운 물체에 대한 SIH 섬유의 전기적 반응과 메커니즘을 밝혀내어 위험 요소 식별에 잠재적으로 응용할 수 있음을 보여줍니다.
바이오닉 로봇 손용 스마트 보호 장갑은 SIH 섬유를 상용 장갑에 통합하여 설계되었습니다. 스마트 장갑은 위험한 환경(화재, 물, 날카로운 물체)에 노출될 때 특징적인 전기 신호를 생성하여 이러한 위험을 정확하게 식별합니다.
SIH 섬유 기반 직물의 터치 감지 응용
또한, SIH 섬유를 사용하여 사람 손의 접촉을 구체적으로 식별하고 정확하게 감지할 수 있는 섬유와 직물을 설계했습니다. SIH 섬유 기반 직물을 먼저 준비했습니다. 개별 SIH 섬유를 상업용 직물에 통합하거나 평직으로 직조했습니다. 회로 시스템 설계를 통해 사람 손이 접촉한 지점이나 영역을 구체적으로 식별하고 정확하게 위치를 파악할 수 있으며, 이는 물체의 접촉/누름에 반응하는 압저항식 또는 정전용량식 감지 직물과는 차별화됩니다. 사람들이 SIH 섬유로 제작된 직물을 착용하면 원격 단말기를 터치하여 제어할 수 있습니다.
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