Fibre de soie conductrice d'ions avec une bonne flexibilité et transparence pouvant être utilisée dans les tissus intelligents.
Avec l'essor des objets connectés, le développement de textiles intelligents dotés de fonctions de détection similaires à celles de la peau humaine est en plein essor. Cependant, jusqu'à présent, les textiles intelligents capables de détecter les dangers extérieurs et d'identifier et de localiser précisément les contacts des doigts restent à développer.
Pour atteindre cet objectif, l'équipe a préparé des fibres d'hydrogel ionique à base de soie (SIH) aux excellentes propriétés mécaniques et électriques. Sur cette base, elle a conçu un textile de détection intelligent capable de réagir rapidement aux dangers extérieurs, tels que le feu, l'eau, etc. Ce textile protège le corps humain et les robots des rayures dues à l'immersion et aux objets tranchants. Il a également conçu des textiles de détection capables d'identifier et de localiser précisément le toucher du doigt, permettant ainsi une utilisation comme interface d'interaction homme-machine portable et flexible. L'objectif est de faciliter le contrôle des terminaux distants. Les fibres SIH préparées par filage humide continu et échange de solvants présentent une excellente résistance à la rupture (55 MPa), une ductilité (530 %) et une stabilité exceptionnelles grâce à leur structure interne semi-cristalline hautement orientée et à l'ajout de liquides ioniques. Elles présentent également une excellente conductivité électrique (0,45 S·m–1). Les tissus conçus à partir de cette fibre présentent un potentiel d'application important dans des domaines tels que les appareils portables intelligents et les interfaces d'interaction homme-machine flexibles.
Préparation de fibres SIH par filage humide + méthode d'échange de solvant
Procédé de préparation, morphologie, tissabilité et applications électriques flexibles des fibres SIH.
Composition et caractérisation structurelle de la fibre SIH
L'analyse thermogravimétrique, la spectroscopie dispersive en énergie (EDS) et la spectroscopie infrarouge ont confirmé que le [Emim]BF4 était uniformément réparti dans la fibre SIH. La perte de masse à 350 °C dans la courbe thermogravimétrique est attribuée au [Emim]BF4. L'élément F dans le spectre EDS appartient au [Emim]BF4. Le pic à 1 169 cm–1 dans le spectre infrarouge peut être attribué à la vibration asymétrique de C−N−C dans l'anneau [Emim]+. Parallèlement, les spectres infrarouges et les images au microscope polarisant ont prouvé la structure semi-cristalline et la structure hautement orientée des fibres SIH.
Propriétés mécaniques et électriques des fibres SIH
Les fibres SIH présentent d'excellentes propriétés mécaniques et électriques. Leur résistance à la traction et leur allongement à la rupture atteignent respectivement 4 MPa et 530 %. Un étirage supplémentaire (avant échange de solvant) peut augmenter leur résistance à la traction jusqu'à 55 MPa, soit un niveau plusieurs fois supérieur à celui des fibres hydrogels précédemment décrites (< 10 MPa). Leur conductivité ionique peut atteindre 0,45 S·m–1 et reste stable après 3 semaines de mise en place ou sous divers stimuli mécaniques (pression, flexion, étirement).
Reconnaissance spécifique des signaux de danger par les fibres SIH
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La réponse électrique et le mécanisme des fibres SIH au feu, à l'eau et aux objets tranchants, démontrant des applications potentielles dans l'identification des dangers.
Un gant de protection intelligent pour mains robotisées bioniques a été conçu en intégrant des fibres SIH dans des gants commerciaux. Exposés à des conditions dangereuses (feu, eau et objets tranchants), les gants intelligents génèrent des signaux électriques caractéristiques pour identifier précisément ces dangers.
Application de détection tactile des tissus à base de fibres SIH
De plus, grâce aux fibres SIH, nous avons conçu des fibres et des tissus capables d'identifier et de localiser précisément le toucher des mains humaines. Les tissus à base de fibres SIH ont d'abord été préparés : des fibres SIH individuelles ont été intégrées à des tissus commerciaux ou tissées en armure toile. Grâce à la conception du circuit, le point ou la zone touché(e) par la main humaine peut être identifié(e) et localisé(e) avec précision, ce qui le distingue des tissus piézorésistifs ou capacitifs sensibles à tout contact ou pression sur un objet. Porter des tissus en fibres SIH permet de contrôler des terminaux distants par simple contact.
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