Tekstilna istraživanja su istakla napredak u elektroluminiscentnim nitima kao pogodnim biomaterijalima za rast tržišta elektronike za nošenje. Dok direktni vez tekstila sa prilagođenim dizajnom i šarama može ponuditi značajne prednosti, mašinski vez može dovesti u pitanje integritet ovih niti.
U novom izveštaju o primenjenoj nauci i inženjerstvu objavljenom u Science Advances, Seungse Cho i tim naučnika iz biomedicinskog inženjerstva i medicine u SAD, predstavljaju vezene, višebojne, elektroluminiscentne niti u plavoj, zelenoj i žutoj, koje pokazuju kompatibilnost sa standardom metode vezenja.
Istraživači su koristili niti za ušivanje ukrasnih dizajna na različite potrošačke tkanine, bez ugrožavanja njihove nosivosti ili kapaciteta emitovanja svetlosti. Naučnici su osvetlili specifične poruke ili dizajne na potrošačkim proizvodima u svrhu razvoja hitnih upozorenja na oblogama za kacige i kao znakove fizičke opasnosti.
Rezultati daju sveobuhvatan komplet alata za integraciju tekstila koji emituje svetlost u moderne prilagođene zanate koji se mogu čak i prilagoditi za odeću za slobodno vreme, sa raznovrsnim i fleksibilnim opcijama.
Tekstil koji emituje svetlost privukao je veću pažnju zbog svog kapaciteta da stvara dinamične i interaktivne svetlosne efekte kako bi bio pogodan kao nosiva moda u zdravstvu i za svrhe izlaganja. Diode koje emituju svetlost i drugi izvori svetlosti kao što su elektroluminiscentni tanki filmovi mogu se zalepiti direktno na odeću od interesa. Međutim, takvi pristupi i dalje mogu uticati na inherentna svojstva tkanine, kao što su fleksibilnost, nosivost i mogućnost pranja.
Nedavna dostignuća u elektroluminiscentnim nitima koje se mogu tkati ili pletati su olakšala integraciju tekstila koji emituje svetlost u velikim razmerama kako bi se uključio veliki niz svetlosnih linija ili piksela. Svestrani alat koji može uključiti tekstil koji emituje svetlost u moderne i prilagođene zanate direktno na potrošačke tkanine ostaje da se implementira kako bi odgovarao širokim aplikacijama.
Dok vez i mašinski vez imaju za cilj da isporuče brzo i precizno pletenje i tkanje za proizvodnju velikih razmera. Elektroluminiscentni konci ostaju da zadovolje zahteve mašinskog vezenja zbog svoje visoke zatezne čvrstoće i glatke površine.
U ovom radu, Čo i tim su predstavili vezene višebojne elektroluminiscentne niti u plavoj, zelenoj i žutoj boji, koje su pokazale kompatibilnost sa univerzalnim mašinama za vez za šivanje ukrasnih dizajna na različitim potrošačkim tkaninama. Ovi konci su bili izdržljivi protiv savijanja, rastezanja i mašinskog pranja, da bi zadovoljili potrebe mašinskog veza. Čo i tim su predstavili niz mašinski izrađenih tekstila koji emituju svetlost, za pragmatične primene u porukama na ekranu i za dizajniranje funkcionalnih signala za hitne slučajeve.
Naučnici su pokrili proizvodnju višebojnih elektroluminiscentnih niti za vez sa naknadnim mašinskim vezom umetnutim u tekstil koji emituje svetlost. Na početku su premazali elektroluminiscentni sloj mešavinom fosfora cink sulfida i termoplastičnog poliuretana preko površine provodljive niti za vezenje.
Oni su sproveli proces koristeći kućni ručni namotač i konusni vrh mlaznice kako bi postigli maksimalnu stopu premaza. Tim je primenio elektroluminiscentni sloj preko niti i koristio dopirane cink sulfid fosfore sa bakrom i manganom za plavo, zeleno i žuto svetlo.
Istraživači su pripremili providno provodljivo vlakno tako što su providno, izvezeno najlonsko vlakno premazali srebrnim nanožicama koristeći promoter adhezije napravljen od etil acetata i rezorcinola. Tim je izabrao srebrne nanožice zbog njihovog niskog električnog otpora, visokog optičkog propusta i mehaničke fleksibilnosti.
Fizička i optička karakterizacija elektroluminiscentnih niti i piksela koji emituju svetlost
Elektroluminiscentne niti su ispunjavale specifične zahteve uključujući doslednu pokrivenost, zateznu čvrstoću veću od 6 Njutna i umereno izduženje sa završnom obradom površine sa minimalnom hrapavostom. Naučnici su pripremili elektroluminiscentne slojeve sa različitim težinskim odnosima fosfora cink sulfida i termoplastičnog poliuretana.
Kada se brzina smicanja povećala, elektroluminiscentni slojevi su pokazali ponašanje pri smicanju kako se njihov viskozitet smanjivao. Čo i tim su primetili celokupnu strukturu i okarakterisali piksele koji emituju svetlost da bi predstavili šematsku ilustraciju i reprezentativnu mikroskopsku sliku piksela koji emituje svetlost koji je sadržao elektroluminiscentnu nit na dnu i providno provodno vlakno na vrhu.
Relativna promena u elektroluminiscentnom intenzitetu piksela koji emituju svetlost ostala je konstantna u ovim slučajevima. Naučnici su koristili demonstraciju striminga uživo da bi pokazali kako su pikseli koji emituju svetlost na tepihu ostali netaknuti čak i nakon što su stupili na njegovu površinu, kako bi odrasla osoba sa velikom težinom olakšala prekidač za uključivanje/isključivanje na materijalu.
Naučnici su menjali napon naizmenične struje da bi pokazali njegov uticaj i frekvenciju na elektroluminiscenciju. Povećana frekvencija pri fiksnom naponu postepeno je povećavala intenzitet emisije svetlosti da bi se dobila promenljiva osvetljenost. Naučnici su sproveli više ciklusa pranja na pikselima koji emituju svetlost, dok su takođe sprovodili akcije istezanja i savijanja.
Tokom pranja, istraživači su uključili komercijalni tečni deterdžent u režimu autosensinga na 45 minuta u ciklusu centrifugiranja i sušenja. Pikseli koji emituju svetlost pokazali su minimalne promene temperature tokom više od šest sati tokom ciklusa pranja kako bi istakli njihovu pogodnost za dugotrajnu kontinuiranu upotrebu.
Dokaz koncepta
Da bi demonstrirali kapacitet nosivih displeja, naučnici su izvezli niz piksela koji emituju svetlost 6 k 3 na komercijalnu podlogu za kacige kao fudbalski šlem opremljen senzorom udara. Imali su za cilj da otkriju potencijalno teške udarce u glavu kako bi upozorili korisnika na potencijalni potres mozga, uz sistem upozorenja u realnom vremenu. Takvi nosivi uređaji mogu sprečiti i upravljati traumatskim povredama mozga koje preovlađuju u sportovima sudara, za rano otkrivanje i lečenje potencijalnih udara u glavu ili potresa mozga.
Postavka za merenje je sadržala fudbalsku kacigu opremljenu akcelerometrom, mikrokontrolerom, relejem i napajanjem. Konstrukcija je takođe imala rastezljivu podlogu za šlem sa pikselima koji emituju svetlost, za detekciju jačine udara u realnom vremenu.
Čo i tim primenili su mehaničke udare na glavu lutke sa bučicom i klasifikovali težinu kao blagu, umerenu, do tešku. Eksperimenti su pokazali kako se mehanički uticaj na glavu može vizualizovati da bi se otkrilo rano upravljanje potresom mozga u sportu ili u situacijama koje uključuju rizik od opasnosti u svakodnevnom životu.
Na ovaj način, Seungse Cho i njegove kolege predstavljaju svestran koncept za izradu tekstila koji emituje svetlost sa višebojnim elektroluminiscentnim nitima i providnim provodljivim vlaknima koji su kompatibilni sa standardnim mašinama za vez. Ove žice su bile tanje i izdržljivije za mašinski vez sa podesivim bojama, luminiscentnim intenzitetima i pozicijama piksela kako bi se postigla veća svestranost i kreativni potencijal za ispunjavanje niza aplikacija.
Dokaz koncepta, tekstil koji emituje svetlost naglašava integraciju sigurnijih mehanizama napajanja i strategije izolacije kako bi se osigurala sigurnost i praktičnost elektronike koja se može nositi.
Tim predlaže uključivanje drajvera posebno skrojenog za napajanje – da bi se precizno regulisao napon, frekvencija i talasni oblik. Ovo podešavanje se može koristiti za prikaz merenja kolizija u realnom vremenu kao idealno rešenje za aplikacije koje se odnose na zdravlje i za vizuelizaciju podataka.
