باعتبارها فئة مهمة من المواد الذكية، جذبت الألياف الموصلة اهتمامًا واسع النطاق من دوائر المواد في الداخل والخارج. البحث والتطوير في صعود، ولديهم آفاق تطبيق جيدة في الملابس وأجهزة الاستشعار والمنسوجات الصناعية. ويعتقد أنه مع تقدم العلوم والتكنولوجيا، سوف تستمر المواد الذكية في التطور. باعتبارها واحدة من الأنواع الرئيسية للمنسوجات الذكية، من المؤكد أن الألياف الموصلة ستكتسب مكانة متزايدة الأهمية في مجال المواد.
تشير الألياف الموصلة للكهرباء عادةً إلى ألياف تكون مقاومتها النوعية أقل من 107Ω·سم في ظل الظروف القياسية (20 درجة، 65% رطوبة نسبية). الفئات هي كما يلي: الصور
(1) ألياف موصلة من النوع المركب المعدني، المقاومة هي 102-104Ω·cm، وهي مصنوعة بطريقة الغزل المركب لخلط جزيئات موصلة عالية التركيز محليًا في الألياف، وتستخدم الجزيئات الموصلة السوداء أسود الكربون، وتستخدم السلسلة البيضاء أكسيد المعدن. على سبيل المثال، سطح أكسيد الأنتيمون المحتوي على كمية صغيرة من أكسيد القصدير مطلي بثاني أكسيد التيتانيوم، والألياف خفيفة نسبيًا ومرنة وقابلة للغسل وسهلة المعالجة؛ يمكنه أيضًا إصلاح مركب النحاس أو طلاء المعدن كيميائيًا من خلال المعالجة اللاحقة.
(2) الألياف المعدنية الموصلة. يتم تصنيع هذا النوع من الألياف باستخدام الخصائص الموصلة للمعادن. الطريقة الرئيسية هي طريقة السحب المباشر، أي أنه يتم سحب السلك المعدني بشكل متكرر من خلال قالب لصنع ألياف يبلغ قطرها 4-16μm.
(3) ألياف موصلة من الكربون الأسود
يعد استخدام الخصائص الموصلة لأسود الكربون لصنع ألياف موصلة طريقة قديمة وشائعة. يمكن تقسيم الطريقة إلى الفئات الثلاث التالية: الصورة
① طريقة التطعيم: بعد خلط أسود الكربون والمواد المكونة للألياف-، يشكل أسود الكربون بنية طور مستمرة في الألياف، مما يمنح الألياف القدرة على التوصيل. تستخدم هذه الطريقة بشكل عام طريقة الغزل المركب للغلاف -، والتي لا تؤثر على الخصائص الفيزيائية الأصلية للألياف، ولكنها تجعل الألياف موصلة أيضًا.
② طريقة الطلاء: طريقة الطلاء هي طلاء أسود الكربون على سطح الألياف العادية. يمكن لطريقة الطلاء استخدام مادة رابطة لربط أسود الكربون بسطح الألياف، أو تليين سطح الألياف مباشرة وربطه بأسود الكربون. عيب هذه الطريقة هو أنه من السهل أن يسقط أسود الكربون، وأن ملمس اليد ليس جيدًا، وليس من السهل توزيع أسود الكربون بالتساوي على سطح الألياف.
③ معالجة تفحيم الألياف؛ بعض الألياف، مثل ألياف بولي أكريلونيتريل، وألياف السليلوز، والألياف القائمة على طبقة الصوت، وما إلى ذلك، بعد معالجة الكربنة، تكون السلسلة الرئيسية للألياف بشكل أساسي ذرات الكربون، مما يجعل الألياف موصلة. الطريقة الأكثر شيوعًا هي طريقة معالجة الكربنة ذات درجة الحرارة المنخفضة لألياف الأكريليك. صورة
(4) ألياف البوليمر الموصلة
عادة ما تعتبر مواد البوليمر بمثابة عوازل، ولكن التطوير الناجح لمواد البولي أسيتيلين الموصلة في السبعينيات كسر هذا الأمر.
العقلية التقليدية. بعد ذلك، تم إنشاء مواد بوليمرية موصلة مثل البوليانيلين والبولي بيرول والبوليثيوفين على التوالي. يقوم الناس بتوصيل الكهرباء إلى مواد البوليمر.
كما أصبحت أبحاث الأداء أكثر شمولاً. هناك طريقتان رئيسيتان لإعداد الألياف الموصلة باستخدام البوليمرات الموصلة: (1) طريقة الغزل المباشر لمواد البوليمر الموصلة (2) طريقة ما بعد المعالجة.
تطبيق الألياف الموصلة
تتمتع الأقمشة الموصلة المصنوعة من الألياف الموصلة بوظائف ممتازة مثل التوصيل الكهربائي، والتوصيل الحراري، والحماية وامتصاص الموجات الكهرومغناطيسية، وما إلى ذلك، وتستخدم على نطاق واسع في الشبكات الموصلة والملابس الموصلة في صناعات الإلكترونيات والطاقة؛ الملابس الكهربائية، وأسطح التدفئة الكهربائية، وضمادات التدفئة الكهربائية في الصناعة الطبية؛ الطيران، وغطاء التدريع الكهرومغناطيسي لصناعات الطيران والإلكترونيات الدقيقة، وما إلى ذلك. يمكن استخدام الألياف الموصلة في مجالات مثل المنسوجات المقاومة للكهرباء الساكنة، والمنسوجات المضادة للإشعاع الكهرومغناطيسي -، والمنسوجات الذكية والمنسوجات العسكرية.
المنسوجات الاستاتيكيه
الألياف الموصلة هي ألياف وظيفية ذات توصيل إلكتروني كآلية، والتي تقضي على الكهرباء الساكنة من خلال التوصيل الإلكتروني وتفريغ الهالة. وبما أن الألياف تحتوي على إلكترونات حرة، فإن خصائصها المضادة للكهرباء الساكنة لا تعتمد على الرطوبة؛ تتميز ألياف Liheng الموصلة بنصف عمر-شحنة قصير، وعلى أي حال، يمكنها التخلص من الكهرباء الساكنة في وقت قصير جدًا، واستخدام الألياف الموصلة لمنع توليد الكهرباء الساكنة والمخاطر لديها نطاق واسع من القدرة على التكيف البيئي. وفقًا لتوصيلية الألياف الموصلة وبنية القماش، يمكن تحقيق التأثير الاستاتيكي عن طريق خلط 0.05% إلى 5% من الألياف الموصلة في الألياف العامة. ملابس العمل مصنوعة من ألياف موصلة ذات تأثير مضاد للكهرباء الساكنة، ومناسبة لحقول النفط ومعالجة البترول ومناجم الفحم وصناعة الإلكترونيات وصناعة المواد الحساسة للضوء وغيرها من المناسبات القابلة للاشتعال والانفجار، ومناسبة أيضًا للملابس المعقمة الخالية من الغبار - أو مواد التصفية الخاصة انتظر.
منسوجات مضادة للإشعاع الكهرومغناطيسي-.
التدريع الكهرومغناطيسي هو استخدام مواد موصلة ذات مقاومة منخفضة لعكس وتوجيه التيارات الكهرومغناطيسية، وتوليد تيار واستقطاب مغناطيسي معاكس للمجال المغناطيسي الأصلي داخل المادة الموصلة، وبالتالي تقليل التأثير الإشعاعي للمجال الكهرومغناطيسي الأصلي. تتطلب الألياف الموصلة المستخدمة كحماية ضد الإشعاع الكهرومغناطيسي مقاومة منخفضة جدًا، عادةً ما تتراوح بين 10-6 إلى 10-2 أوم/سم فقط. في السنوات الأخيرة، بسبب الاستخدام الواسع النطاق للمعدات الإلكترونية والكهربائية ومعدات الاتصالات، تسبب تداخل الإشعاع الكهرومغناطيسي في سوء تشغيل المعدات، وإعاقة الصورة والصوت، والإضرار بجسم الإنسان، وما إلى ذلك، مما أثار انتباه الناس إلى تطوير مواد التدريع الكهرومغناطيسي. صورة
باستخدام خصائص التدريع الكهرومغناطيسي للألياف الموصلة، يمكن استخدامه في صنع دروع كهرومغناطيسية للمكونات الإلكترونية الدقيقة، وآلات اللحام عالية التردد-، وما إلى ذلك، لصنع جدران وأسقف المنازل ذات المتطلبات الخاصة، وأغطية الجدران التي تمتص موجات الراديو. في اليابان، يتم مزج الألياف الموصلة المطلية بالنحاس على السطح أو تحويلها إلى أقمشة غير منسوجة، والتي تستخدم الآن على نطاق واسع كمواد درع وامتصاص للموجات الكهرومغناطيسية، مثل أغطية امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية للسفن.
مستشعر النسيج
يتم تصنيع الألياف الموصلة المرنة من منسوجات الاستشعار بناءً على مبدأ أجهزة الاستشعار الإلكترونية. يتميز بمزايا الخفة وسهولة الحمل، ويستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات. أجهزة الاستشعار المرنة القابلة للارتداء مخصصة بشكل أساسي لاستشعار ومراقبة مختلف الأنشطة البشرية، ولها نطاق واسع من التطبيقات في استشعار الحركة، ومراقبة الصحة الشخصية، والروبوتات الذكية، والتفاعل البشري مع الكمبيوتر-. صورة
لا يمكن تطبيق أجهزة استشعار الضغط التقليدية، مثل تلك المعتمدة على الرقائق المعدنية وأشباه الموصلات، على أجهزة الاستشعار المرنة القابلة للارتداء لأنها لا تتمتع بمرونة جيدة ولها نطاق صغير يمكن اكتشافه (<5%). Some nanomaterials have been applied to various flexible strain sensors, such as carbon nanotubes, graphene and metal nanowires, because of their good mechanical flexibility and electrical conductivity. Although some progress has been made, there are still two main problems today: one is that it is difficult to obtain high sensitivity and a large sensing range at the same time; the other is that the current flexible sensors have many functions and single functions, for example, they can only sense tensile strain. It cannot sense other deformations such as bending and torsion at the same time, so it is not suitable for sensing complex and delicate human activities. Japan Taiyo Industry Co., Ltd. uses carbon fiber to develop a sensor that detects the maximum strain, which can be used for safety diagnosis of structures such as buildings, roads, factories, airplanes, and ropeways.
المنسوجات العسكرية
ستكون الحرب المستقبلية من أجل المنسوجات العسكرية حربًا معلوماتية في ظل ظروف -تكنولوجية عالية. في مثل هذه الحروب، تكون وتيرة العمليات سريعة، وتواتر التحولات الهجومية والدفاعية سريع، ويتغير وضع الحرب بسرعة، ويبدو أن المعدات القتالية للجنود التقليديين متخلفة بشكل خطير. لتحسين القدرات القتالية الشاملة للجنود في ساحة المعركة الحديثة، من الضروري تحسين قدرة الجنود على الحصول على المعلومات ومعالجتها ونقلها، حتى يتمكن فهم الجنود لوضع ساحة المعركة من الوصول إلى مستوى أعلى. ملابس المعلومات المصنوعة من الألياف الموصلة تلبي هذا فقط. مطلب واحد. صورة
معظم الألياف الموصلة حساسة للكهرباء والحرارة. يمكن للنسيج المنسوج من الألياف الموصلة أن يمنع الاستطلاع بواسطة معدات التصوير الحراري، ويمكن تحويله إلى ملابس واقية للتصوير الحراري للجنود الأفراد. يتم تركيب الألياف الموصلة مع ركائز منخفضة العزل الكهربائي مثل الراتنج والمطاط لصنع مواد ماصة للموجات الكهرومغناطيسية، والتي يمكنها امتصاص موجات الرادار، وتجنب تتبع الرادار، وتحقيق غرض الأسلحة والمعدات الخفية. إن تغيير لون الزي العسكري-الذي طورته الولايات المتحدة هو إضافة دائرة موصلة مكونة من ألياف موصلة للنسيج. ومن خلال التحكم بدرجة الحرارة، يتم تغيير الحبر الحراري الموجود في الزي العسكري، بحيث يتغير لون الزي العسكري حسب لون البيئة الخارجية. تمويه تفاعلي بيئيًا.
استخدامات أخرى للألياف الموصلة
تطبيقات أخرى من خلال اختيار إضافات موصلة وظيفية، يمكن أيضًا تحضير مواد ألياف ذات وظائف أخرى إلى جانب وظيفة التوصيل، مثل المواد المضادة للبكتيريا والأشعة تحت الحمراء البعيدة. تستخدم شركة Mitsubishi اليابانية تكنولوجيا الغزل المركب لخلط جزيئات السيراميك البيضاء الموصلة عالية التركيز- في القلب لجعل الألياف موصلة. في الوقت نفسه، نظرًا لأن جزيئات السيراميك المضافة تتمتع بخصائص تحويل الضوء-إلى-الحرارة، فبعد مزج هذه الألياف مع الألياف التقليدية بنسبة 10%، يمكن رفع درجة حرارة القماش إلى 28 درجة تحت مصدر الضوء. هذه الألياف لا تجعل مرتديها يشعر بالدفء فحسب، بل بعد الغسيل بالماء، يكون وقت تجفيفها في الشمس 2/3 من الألياف التقليدية. تعتبر خاصية التجفيف السريع-خاصية إضافية لهذه الألياف. نظرًا لأن الجزيئات الموصلة لهذه الألياف موجودة في قلب الألياف، فإن المعالجة المعتادة والغسيل والصباغة وما إلى ذلك لن تؤثر على موصلية الألياف.
