Волокна будущего: электролюминесценция, самовосстановление и магнитная актуация
Появление новых технологий часто сопряжено с необходимостью в новых источниках питания или новых материалах, нужных для ее совершенствования и раскрытия полного потенциала. Умный текстиль и мягкие роботы являются технологиями, корыте не только звучат футуристично, но и требуют нестандартного подхода к процессу их реализации. Материалы, которые применимы к жестким роботам, к примеру, по очевидным причинам не подойдут для мягких, а потому необходима альтернатива. Ученые из Национального университета Сингапура разработали новый вид волокон, обладающих гибкостью, самовостановлением, светоизлучением и возможностью их манипулирования посредством магнитного поля. Из чего сделаны эти супер-волокна, как именно они работают, и где их можно применить? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Основа исследования
Электролюминесцентные (EL от electroluminescent) волокна переменного тока широко применяются в интеллектуальных тканях и мягких машинах. Форм-фактор волокна обеспечивает внутреннюю гибкость и свободу движения, позволяя изгибать и скручивать материал. Однако физическое повреждение EL-волокон может привести к ухудшению их функционалу или полному отказу работы. Динамическое связывание в самовосстанавливающихся полимерах для облегчения автономного ремонта может быть включено, но создание многослойных (например, электродов и диэлектриков) самовосстанавливающихся волокон остается сложной задачей. Таким образом, только планарные EL-устройства на плоских подложках продемонстрировали способность к самовосстановлению. Самовосстановление во всех слоях в электронных устройствах в форме волокон остается неуловимым, но столь желанным, особенно в EL-волокнах.
Самовосстанавление всех слоев EL-волокон сталкивается с рядом основных проблем. Самовосстанавливающиеся волоконные электроды обычно состоят из проводящих сред, встроенных в самовосстанавливающиеся полимерные волокна. Необходимость хорошей прозрачности налагает строгие требования на материалы электродов. Обеспечение совместимости слоев создает дополнительные проблемы, которые состоят из двух аспектов.
Во-первых, смачиваемость интерфейса необходима при изготовлении самовосстанавливающегося EL-волокна, но большие проблемы возникают в волокне, состоящем из несовместимых материалов. Например, гидрогели (гидрофильные) и эластомеры/фторполимеры (гидрофобные) широко разрабатывались в качестве самовосстанавливающихся полимерных матриц, но плохое смачивание интерфейса возникает при нанесении слоя гидрогеля на эластомерное волокно.
Во-вторых, совместимость с самовосстановлением необходима для всех слоев волокон, но различные самовосстанавливающиеся полимеры требуют различных внешних условий для облегчения самовосстановления. Например, нагревание обычно способствует самовосстановлению в эластомерах/фторполимерах, но вызывает функциональное ухудшение в гидрогелях из-за потери воды. Следовательно, требования к самовосстанавливающемуся прозрачному волоконному электроду и совместимости между всеми слоями волокон должны быть выполнены для получения самовосстанавливающегося EL-волокна.
EL-устройства полезны для оптической сигнализации и обратной связи в новых мягких роботах. Это было продемонстрировано в светоизлучающих мягких роботах, которые интегрировали устройства EL и пневматические приводы. Они показали потенциал для адаптации к изменяющимся условиям, но слишком громоздки, чтобы иметь возможность свободно передвигаться в узких пространствах. Перистальтические диэлектрические эластомерные приводы и ферромагнитные континуальные роботы в одномерной конфигурации могут перемещаться по узким трубчатым пространствам, но не обладают возможностями самовосстановления и требуют интеграции устройств для излучения света. Процессы интеграции в этих мягких роботах и приводах могут привести к дополнительным проблемам сборки и потреблению энергии. Таким образом, желательным остается EL-волокно без интеграции, самовосстанавливающееся и внутренне приводимое в действие.
В рассматриваемом нами сегодня труде ученые описывают самовосстанавливающееся масштабируемое ионнотронное электролюминесцентное волокно с никелевой сердцевиной, покрытое гидрогелем (SHINE от Scalable Hydrogel-clad Ionotronic Nickel-core Electroluminescent), посредством ионно-индуцированного гелеобразования гигроскопичного гидрогеля на двухслойном коаксиальном волокне на основе фторполимера с никелевой (Ni) сердцевиной.
Структура волокон SHINE
Изображение №1
Ученые разработали самовосстанавливающееся активируемое волокно SHINE в компактной коаксиальной 1D-конфигурации, содержащей сердечник из Ni электрода, промежуточный слой диэлектрика EL и прозрачную гидрогелевую оболочку электрода (1a). Как сердечник Ni электрода, так и промежуточный слой EL диэлектрика были получены из композитов фторполимера PVDF-HFP (поливинилиденфторид-со-гексафторпропилен). Сердечник электрода состоял из микрочастиц Ni и PVDF-HFP (сокращенно Ni/PVDF-HFP). Промежуточный слой EL состоял из микрочастиц фосфора сульфида цинка и PVDF-HFP (сокращенно ZnS/PVDF-HFP).
Ni-микрочастицы работают как ферромагнитные проводящие наполнители, которые не только помогают устанавливать проводящие пути в сердечнике, но и делают сердечник магнитно-активируемым, а PVDF-HFP как высоко-κ диэлектрическое связующее для микрочастиц ZnS усиливает яркость в слабых электрических полях. Между тем, небольшое количество фторосурфактанта, Zonyl FS-300, также было добавлено в эти два композита для введения диполь-дипольных взаимодействий между фторосурфактантом и фторполимером, тем самым улучшая самовосстановление композитов. Более того, Zonyl FS-300 действует как пластификатор и улучшает способность к самовосстановлению за счет улучшения подвижности цепей PVDF-HFP, о чем свидетельствуют основные кривые модулей накопления и потерь, а также функции вязкости.
В отличие от сердечника и промежуточного слоя, где были приняты фторполимерные композиты, ученые использовали гигроскопичный гидрогель, высушенный до достижения равновесного содержания воды в условиях окружающей среды, в качестве внешнего электрода для его высокой прозрачности и стабильности. Высушенный гидрогелевый электрод также может уменьшить свою самоадгезию, облегчая неразрушающее разделение электрода. Электрод представляет собой ионный проводник на основе сети альгината натрия — хлорида кальция (сокращенно SA-C) и проводящих ионов хлорида лития (LiCl). Способность к самовосстановлению достигается путем введения сети поливинилового спирта — тетрабората натрия декагидрата (сокращенно PVA-B) и глицерина (Gly), где PVA-B обеспечивает динамические связи эфира бората, а Gly выступает в качестве пластификатора. Этот PVA-B/SA-C/LiCl/Gly гидрогель имеет более высокую ионную проводимость, чем другие самовосстанавливающиеся прозрачные проводящие ионогели, в которых обычно используются ионные жидкости.
После изготовления трех слоев волокна было получено волокно SHINE, демонстрирующее одновременное всенаправленное срабатывание и электролюминесценцию при приложении переменного напряжения (Vac) к Ni и гидрогелевым электродам. Конструкция и проектирование материалов позволяют создать освещенное волокно SHINE длиной 5.5 метров (1b). Что еще более важно, волокно SHINE демонстрирует способность к самовосстановлению во всех трех слоях как оптически, так и механически. Это подтверждается повторным соединением двух сегментов волокна разного цвета, после чего волокна самовосстанавливаются, восстанавливают электролюминесценцию и могут выдерживать изгиб (1c). Кроме того, волокно является активируемым благодаря своему ферромагнитному сердечнику Ni-электрода, что позволяет использовать его в качестве светоизлучающих мягких роботизированных волокон и интерактивных дисплеев (1d).
Масштабируемое изготовление
Изображение №2
Волокно SHINE может быть изготовлено длиной до нескольких метров с помощью двух последовательных этапов: во-первых, коаксиальное мокрое прядение никелевого электрода и электролюминесцентного диэлектрика посредством разделения жидкой и твердой фаз; во-вторых, покрытие гидрогелевого электрода посредством ионно-индуцированного гелеобразования (2a).
На первом этапе для мокрого прядения использовалась настраиваемая коаксиальная насадка, а в качестве коагулирующей ванны использовалась деионизированная вода. Дисперсии Ni/PVDF-HFP и ZnS/PVDF-HFP в ацетоне с аналогичным поведением разжижения при сдвиге отдельно подавались во внутреннюю и внешнюю части коаксиальной насадки, после чего осуществлялась экструзия через насадку в воду. После того как экструдат попадал в воду, ацетон диффундировал из полимерных дисперсий в воду, давая затвердевшее компактное двухслойное коаксиальное волокно Ni/PVDF-HFP @ ZnS/PVDF-HFP. Это быстрое разделение фаз жидкость-твердое вещество произошло, поскольку ацетон смешивается с водой, в то время как ацетон является хорошим растворителем PVDF-HFP, а вода нет.
Процесс мокрого прядения и качество двухслойного коаксиального волокна зависят от загрузки наполнителя, количества ацетона и скорости потока. Более высокая загрузка наполнителя и меньшее количество ацетона приводят к более высокой вязкости и, следовательно, вызывают застревание экструзии, в то время как более низкая загрузка наполнителя и большее количество ацетона вызывают деформацию формы и отклонение размера волокна. Разница в скорости потока между сердцевиной и оболочкой также изменяет морфологию волокна. Например, при сохранении неизменной скорости потока Ni/PVDF-HFP увеличение скорости потока ZnS/PVDF-HFP увеличивает толщину межслоевого пространства EL (TEL) и уменьшает диаметр Ni сердцевины. Однако слишком низкие или слишком высокие скорости потока ZnS/PVDF-HFP приводят к неоднородности волокна или образованию пустот на интерфейсе. Поэтому для получения однородных волокон без пустот были использованы оптимизированные концентрации дисперсии и скорости потока как для Ni-серцевины Ni/PVDF-HFP (60/40, 10 мкл/мин), так и для промежуточного слоя EL ZnS/PVDF-HFP (67/33, 10 мкл/мин). Эти оптимизации способствовали созданию непрерывной матрицы PVDF-HFP, соединяющей два слоя с микрочастицами Ni и ZnS, диспергированными внутри по отдельности.
На втором этапе гидрогелевая электродная оболочка была введена на сухое коаксиальное волокно Ni/PVDF-HFP @ ZnS/PVDF-HFP с помощью последовательного погружения волокна в источник ионов, прекурсор гидрогеля и снова в источник ионов. Это образование гидрогеля происходило спонтанно и мгновенно на волокне из-за ионно-индуцированного гелеобразования. Например, когда ионы кальция (Ca2+) сшивали цепи альгината натрия (SA от sodium alginate), получалась проводящая гидрогелевая оболочка SA-C/LiCl путем последовательного погружения волокна в растворы CaCl2 (источник ионов), SA/LiCl (прекурсор гидрогеля) и CaCl2 (источник ионов). Аналогично, самовосстанавливающийся гидрогель PVA-B/SA-C/LiCl/Gly был получен, когда в качестве источника ионов был принят Na2B4O7/CaCl2 (Na2B4O7 — тетраборат натрия или бура), а в качестве прекурсора гидрогеля — PVA/SA/LiCl/Gly. Ионы бура могут обратимо сшивать цепи PVA, образуя самовосстанавливающийся гидрогель.
Примечательно, что во время изготовления ученые сначала погружали волокно в ионный источник для ионного предварительного покрытия перед гелеобразованием. Это смягчает плохое смачивание интерфейса между водным раствором прекурсора гидрогеля и композитным волокном PVDF-HFP с гидрофобной и изогнутой поверхностью. Предварительно покрытые ионы могут усилить сродство между прекурсором и волокном, о чем свидетельствует заметно уменьшенный угол контакта с водой, что еще больше облегчает образование тонкого, частично сшитого слоя гидрогеля на интерфейсе. Это в конечном итоге позволило сформировать равномерную гидрогелевую оболочку на волокне. Напротив, волокно без предварительного покрытия не смогло показать равномерную гидрогелевую оболочку (2b). Кроме того, наличие LiCl и Gly в значительной степени способствует хорошей гигроскопичности и водоудержанию гидрогелевого электрода, сохраняя его содержание воды (~40 мас.%) и ионную проводимость (~10 мСм/см) стабильными в условиях окружающей среды в течение более 10 месяцев без инкапсуляции (2c). Кроме того, гидрогелевый электрод также демонстрирует высокую прозрачность в видимом спектре (2d), что важно для оптоэлектронных приложений.
Видео №1
Таким образом, было изготовлено трехслойное коаксиальное волокно SHINE посредством коаксиального мокрого прядения и ионно-индуцированного гелеобразования. Эта процедура позволяет производить волокно SHINE с катушки на катушку длиной в несколько метров (2e, видео №1). Волокно продемонстрировало яркость с < 14% флуктуацией вдоль продольного направления на длине 2 м и равномерную электролюминесценцию в увеличенном виде. Волокно SHINE имело четко определенные интерфейсы без отслоения слоев по всем трем слоям. Волокна могут быть спроектированы для излучения света разных цветов с использованием по-разному легированных фосфорных микрочастиц ZnS. Волокно SHINE также работало стабильно в состояниях изгиба, скручивания и завязывания узлов с хорошей гибкостью. Кроме того, волокно SHINE можно растягивать с умеренной деформацией 25% и вязать в ленту, что демонстрирует его способность к последующей обработке для потенциальных применений, включая оптоэлектронный текстиль и мягких роботов.
Оценка электролюминесценции
Настраивая загрузку ZnS и Ni в матрице PVDF-HFP, ученые получили самую высокую яркость при низкой E в поле EL-волокна. Сначала они подготовили и исследовали волокна SHINE с увеличением загрузки ZnS от 33 до 67% по весу. Более высокая загрузка ZnS привела к более высокой яркости при той же E, которая еще больше увеличилась с увеличением E. Напротив, загрузка Ni в сердечнике электрода оказала другое влияние на яркость. Когда загрузка Ni увеличилась с 50 до 70% по весу, волокно с 60% по весу Ni показало лучшие результаты. Ожидалось, что более высокая загрузка Ni увеличит проводящие пути в электроде Ni, но большее количество микрочастиц Ni привело к образованию большего количества пустот в полученных волокнах. Пустоты были неблагоприятны как для электрических, так и для механических свойств Ni-электрода и пагубно влияли на диэлектрические свойства EL-слоя, создавая воздушные зазоры на границе слоев, что могло снизить E через EL-слои.
Поэтому EL-волокна с самой высокой яркостью были изготовлены из двухслойных коаксиальных волокон с 67% масс. ZnS и 60% масс. Ni, которые достигли высокой яркости 1068 ± 8.5 кд/м2 при E 5.7 В/мкм (2f). По сравнению с другими EL-волокнами эта характеристика в 10 раз превышает ранее зарегистрированную яркость при аналогичной E (100 кд/м2 при 5.5 В/мкм) и в 3.5 раза превышает предыдущую рекордную яркость (307 кд/м2 при 9.1 В/мкм) (2g).
Видео №2
Причиной улучшенной производительности является выбор PVDF-HFP в качестве среды внедрения для микрочастиц ZnS, что увеличивает отношение E по микрочастицам ZnS по сравнению со средним E (приложенное напряжение, деленное на TEL). Кроме того, волокно SHINE может легко излучать свет с помощью современного коммерческого EL-драйвера с напряжением питания 3 В (видео №2). Примечательно, что хотя использовался гидрогелевый электрод, его гигроскопичность и способность удерживать воду позволяют волокну SHINE оставаться стабильным в течение более 10 месяцев с небольшим снижением яркости (2h). Помимо высокой яркости и длительного срока службы, волокно SHINE превосходит ранее известные EL-волокна по возможностям самовосстановления и активации.
Изображение №3
Волокно SHINE является самовосстанавливающимся во всех составляющих слоях, чего ранее не удавалось достичь в подобных структурах. Процедура восстановления состоит из трех этапов (3a). Разорванное волокно SHINE воссоединяется при комнатной температуре (RT), чтобы сначала позволить гидрогелевому электроду самовосстановиться с помощью динамических связей боратного эфира, а затем волокно нагревают до 50 °C, чтобы улучшить самовосстановление Ni-электрода и промежуточного слоя EL с помощью диполь-дипольных взаимодействий. После того как волокно снова остынет до RT, гидрогелевый электрод восстанавливает свою ионную проводимость, поглощая влагу из воздуха. Как показано на 3b, светящееся волокно SHINE было разорвано посередине, и после самовосстановления волокно снова зажглось и выдержало радиус изгиба ~5 мм, что указывает на восстановление как светимости, так и механических свойств. Снимки СЭМ (сканирующий электронный микроскоп) подтверждают наблюдение за самовосстановлением для всех трех слоев волокна SHINE, показывая, что линии разреза интерфейса уменьшились для никелевого электрода и промежуточного слоя EL, а заживший интерфейс гидрогелевого электрода остался нетронутым после нагрева (3c).
Далее ученые более подробно продемонстрировали конструкцию материалов и стратегию самовосстановления. Как и следовало ожидать, применение тепла для самовосстановления Ni-электрода и промежуточного слоя EL пагубно для гидрогелевого электрода, поскольку его ионная проводимость снизится из-за потери воды при повышенных температурах. Ученые решили эту проблему, разработав гидрогель PVA-B/SA-C/LiCl/Gly, который самовосстанавливается и восстанавливает свою проводимость, поглощая влагу из окружающей среды. Это самовосстановление достигается на основе динамических связей боратного эфира (PVA/Borax) с помощью гигроскопической соли (LiCl), пластификатора (глицерина) и полиэлектролита (SA-CaCl2).
Для исследования эффектов компонентов гидрогеля ученые изучили содержание воды, ионную проводимость и их восстановление после нагревания четырех гидрогелевых составов: PVA-B (PVA/Borax), PVA-B/LiCl (PVA/Borax с добавлением LiCl), PVA-B/SA-C/LiCl (PVA/Borax с добавлением SA-CaCl2 и LiCl) и PVA-B/SA-C/LiCl/Gly (PVA/Borax с добавлением SA-CaCl2, LiCl и глицерина). Все исследованные гидрогели были помещены в условия окружающей среды для достижения равновесного содержания воды перед использованием.
Сначала было измерено содержание воды и ионная проводимость. PVAB имел наименьшее содержание воды, а его ионная проводимость была в 1660 раз ниже, чем у PVA-B/LiCl. Дальнейшее добавление SA-C улучшило ионную проводимость на 190%, с 4.7 мСм/см для PVA-B/LiCl до 13.5 мСм/см для PVA-B/SA-C/LiCl. Хотя дальнейшее добавление глицерина немного снизило проводимость до 9.5 мСм/см из-за его непроводящей природы, глицерин оказал пластифицирующий эффект, что улучшило самовосстановление гидрогелевого электрода.
Затем проводилось наблюдение за восстановлением содержания воды и ионной проводимости. После нагревания при 50 °C в течение 24 часов гидрогель PVA-B/SAC/LiCl/Gly потерял содержание воды и ионную проводимость, но восстановился до 97% и 98% от своих исходных значений соответственно в условиях окружающей среды. Для сравнения, восстановление PVA-B/LiCl и PVA-B/SAC/LiCl было ниже, а PVA-B имел низкую ионную проводимость и содержание воды на всем протяжении наблюдений (3d, 3e). Это было связано с тем, что LiCl, глицерин и SA-CaCl2 поглощали влагу из окружающей среды, что восстанавливало содержание воды и ионную проводимость гидрогелевого электрода. Было обнаружено, что увеличение влажности окружающей среды может способствовать восстановлению гидрогелевого электрода PVA-B/SA-C/LiCl/Gly. Кроме того, светимость волокна SHINE падала с уменьшением влажности, но восстанавливалась при возвращении влажности. Нагрев волокна SHINE при постоянной влажности мало влиял на светимость, в то время как нагрев волокна на горячей плите, который использовался для улучшения самовосстановления волокна, приводил к ухудшению светимости. Однако светимость может быть восстановлена после того как волокно повторно поглотит влагу из воздуха, и это восстановление все еще достижимо после нагрева в течение 9 дней (3f).
Видео №3
Затем ученые исследовали самовосстанавливающиеся характеристики каждого слоя и всего волокна после полного разреза. Восстановление электрических свойств происходит в момент контакта волокна. Например, Ni-электрод может восстановиться за секунды после того как разрезанное волокно слегка прижато для повторного соединения, что указывает на мгновенное восстановление проводящих путей через интерфейс разреза, что обеспечивает электролюминесцентное восстановление разрезанного волокна SHINE при контакте (видео выше).
Восстановление механических свойств — гораздо более медленный процесс, но он необходим для надежной работы устройства. Эффективность механического самовосстановления можно количественно оценить с помощью кривых растяжения-напряжения. Соотношения между интегралом площади под кривыми (т. е. вязкость разрушения) заживших и нетронутых материалов использовались в качестве оценки эффективности механического самовосстановления. Увеличение концентрации фторированного поверхностно-активного вещества Zonyl повысило эффективность механического самовосстановления Ni-электрода, но привело к увеличению сопротивления, поэтому для достижения оптимального баланса было принято 10% масс. Zonyl.
Видео №4
Увеличение времени заживления повысило эффективность механического самовосстановления всех слоев (видео выше). Повышение температуры заживления до 50 °C также оказало положительное влияние на эффективность механического самовосстановления всех слоев. Интересно, что динамические связи эфира бората были затронуты меньше, несмотря на потерю воды и напряжение сжатия в гидрогеле при 50 °C. Поскольку все слои самовосстанавливаются механически, волокно SHINE может самовосстанавливаться и восстанавливать свои 78.5% первоначальной прочности при 50 °C с последующим повторным поглощением влаги в условиях окружающей среды, и эта эффективность самовосстановления почти в 14 раз выше, чем при комнатной температуре (3g).
Волокно SHINE восстановило 98.6% своей изначальной яркости после самовосстановления (3h). Ученые также продемонстрировали самовосстановление волокон SHINE с разными цветами и с разным TEL (1c). Кроме того, эффективное самовосстановление и гигроскопичный гидрогелевый электрод позволили волокну SHINE сохранять яркость на разных частотах возбуждения (fac) в течение более 10 месяцев после самовосстановления (3i).
Ученые отмечают, что описанная выше стратегия позволяет интегрировать теплоемкие и термочувствительные материалы в самовосстанавливающуюся систему, что может способствовать разработке большего количества типов самовосстанавливающихся устройств.
Магнитная актуация
Изображение №4
В качестве ферромагнитных металлических наполнителей Ni обеспечивает Ni-электропроводность и позволяет компактному коаксиальному волокну SHINE быть магнитно-активируемым.
Хотя более высокая загрузка Ni увеличивает намагниченность Ni-электрода, оптимальная загрузка 60 мас.% была выбрана на основе электрических, механических и яркостных свойств. Как приводимое в действие компактное 1D-светоизлучающее устройство, изгиб неизбежен во время приведения в действие. Волокно SHINE продемонстрировало большую гибкость и прочность в испытании на изгиб с небольшим ухудшением яркости при радиусе изгиба 1.1 мм. Также не было заметного отслоения интерфейса и ухудшения яркости в течение по крайней мере 2000 циклов изгиба при радиусе изгиба 8 мм (4a).
Видео №5
Далее ученые показали, что волокно SHINE может реализовывать локомоцию по требованию под действием магнитного поля (видео выше). Например, в течение 30 секунд прямое волокно SHINE длиной 65 см выполняло скручивание с одновременным излучением света, где движение контролировалось движением магнита (4b). Дополнительно был создан прототип интерактивного дисплея со сменой лиц, используя волокна SHINE разных цветов. Управляя направлениями изгиба волокон с помощью внешнего магнитного поля, дисплей может переключаться между «грустными» и «веселыми» лицами, что указывает на потенциал создания интерактивных дисплеев с активируемыми волокнами SHINE (1d).
Видео №6
Волокно SHINE может быть применено для навигации в узких пространствах, недоступных для человеческих рук. Чтобы продемонстрировать навигационные возможности волокна SHINE, ученые подготовили трубу миллиметрового масштаба, изогнутую в трех измерениях, двух внутренних диаметров (d1 = 5.2 мм; d2 = 4.2 мм) и трех форм изгиба (L-образная форма; U-образная форма; V-образная форма) (4c). Труба была заполнена силиконовым маслом для имитации маслянистой рабочей среды трубопроводов. Затем волокно SHINE было введено и проведено по трубе с помощью магнита. Замечено, что волокно не только плавно переходило между зонами d1 и d2, но и преодолевало три резких изгиба благодаря своей гибкости (видео выше).
Видео №7
Примечательно, что волокно SHINE может восстанавливать свою способность к активации и электролюминесценцию посредством самовосстановления даже после разрыва (4d, видео выше). Ученые продемонстрировали это в U-образной трубе (d = 5.2 мм). Волокно SHINE сначала было зажжено и введено в трубу, затем тщательно разрезано на две части. После соединения частей и восстановления (нагревание при 50 °C в течение 3 часов с последующей регидратацией на воздухе в течение 1.5 часов) волокно восстановило свою световую эмиссию и смогло пройти через U-образный изгиб.
Видео №8
Помимо магнитного приведения в действие, волокно SHINE также продемонстрировало емкостное зондирование приближения. Ученые показали интерактивную оптическую сигнализацию волокна SHINE, активируемую приближением человека (видео выше). Отдельно, через две индуктивно связанные катушки, работающие на частоте 13.56 МГц, волокно SHINE может получать беспроводное питание.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
Эпилог
В рассмотренном нами сегодня труде ученые разработали волокно SHINE, которое по своей сути является самовосстанавливающимся и магнитно активируемым. Волокно было изготовлено с помощью процессов коаксиального мокрого прядения и ионно-индуцированного гелеобразования. Были получены волокно SHINE длиной 5.5 метра с рекордной яркостью 1068 ± 8.5 кд/м2. Волокно SHINE демонстрирует прочность, самовосстановление во всех составляющих слоях после разрыва и дальнейшее сохранение восстановленной яркости в течение более 10 месяцев.
Это волокно способно к магнитному приведению в действие, обнаружению приближения и беспроводному питанию, что делает его пригодным для оптических мягких роботов. Ученые уверены, что их разработка может быть применена для достижения других многослойных самовосстанавливающихся устройств в низкоразмерных конфигурациях и вдохновит на создание большего количества типов внутренне многофункциональных устройств в мягких роботах, интеллектуальных дисплеях, носимой электронике и многом другом.
Немного рекламы
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5–2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5–2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4×960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5–2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2×960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5–2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
