Fot. Od prawej: prof. Benjamin Tee, dr Fu Xuemei, dr Wan Guanxiang, źródło: NUS

Elektroluminescencyjne włókna zyskują coraz większą popularność dzięki swojemu potencjałowi uzupełniania istniejących technologii w takich dziedzinach, jak robotyka miękka, elektronika i inteligentne tekstylia. Mogą zapewniać dynamiczne oświetlenie, interaktywne wyświetlacze i sygnalizację optyczną, jednocześnie wyróżniają się elastycznością i zdolnością do adaptacji, co poprawia interakcje człowiek-robot, czyniąc je bardziej responsywnymi i intuicyjnymi. Niemniej ich zastosowanie często jest ograniczone przez kruchość i trudności w integracji wielu funkcji w jednym urządzeniu, bez konieczności zwiększania jego złożoności czy zapotrzebowania na energię.

Wyjątkowe właściwości włókien SHINE

Włókno SHINE (z ang. Scalable Hydrogel-clad Ionotronic Nickel-core Electroluminescent), opracowane przez zespół badawczy NUS, rozwiązuje te problemy, łącząc emisję światła, procesy samonaprawiania i uruchamianie magnetyczne w jednym, skalowalnym urządzeniu. W przeciwieństwie do obecnych na rynku włókien elektroluminescencyjnych, które nie mogą się samodzielnie naprawiać i nie są fizycznie manipulowane, SHINE zapewnia wszechstronne, trwalsze i wydajniejsze rozwiązanie. Opiera się na współosiowej konstrukcji. Jest zbudowane z niklowego rdzenia zapewniającego czułość magnetyczną, warstwy elektroluminescencyjnej z siarczku cynku oraz przezroczystej elektrody hydrożelowej. Dzięki skalowalnemu procesowi żelowania jonowego zespół wyprodukował włókna o długości do 5,5 m, które zachowują funkcjonalność nawet po roku przechowywania na zewnątrz. Włókna SHINE osiągają luminancję 1068 cd/m², co przewyższa warunki wymagane do świetnej widoczności w dobrze oświetlonych pomieszczeniach. Z kolei proces samonaprawy odbywa się dzięki reformacji wiązań chemicznych w warunkach otoczenia, a pełna jasność wraca w ponad 98%.

Wszechstronność włókien SHINE

Innowacyjne włókna SHINE wyróżnia giętkość i zdolność do emitowania wyraźnego światła. Ponadto włókna ulegają automatycznej naprawie po przecięciu, odzyskując niemal 100% swojej pierwotnej jasności. Warstwa hydrożelowa włókna samoczynnie regeneruje się poprzez odbudowę wiązań chemicznych w warunkach otoczenia, podczas gdy rdzeń niklowy i warstwa elektroluminescencyjna odzyskują integralność strukturalną i funkcjonalną dzięki interakcjom dipolowym wywołanym ciepłem przy temperaturze 50^oC. Włókno SHINE posiada również zdolność aktywacji magnetycznej, dzięki obecności niklowego rdzenia, co pozwala na manipulowanie włóknem za pomocą zewnętrznych magnesów. – Większość informacji cyfrowych jest dzisiaj przekazywana przez urządzenia emitujące światło. Zależy nam na opracowywaniu zrównoważonych materiałów, które mogą emitować światło i odkrywać nowe możliwości zastosowań, takie jak inteligentne tekstylia. Ważnym podejściem w zakresie projektowania zrównoważonych urządzeń emitujących światło jest wyposażenie ich w zdolność do samonaprawy, podobnie jak robią to biologiczne tkanki, takie jak skóra – mówi prof. Benjamin Tee, główny badacz projektu.

Zastosowania i przyszłe kierunki badań

Możliwość magnetycznej manipulacji włóknami SHINE otwiera nowe drogi dla miękkiej robotyki, gdzie włókna mogą manewrować w ciasnych przestrzeniach, wykonywać skomplikowane ruchy i sygnalizować optycznie w czasie rzeczywistym. Co więcej, włókna mogą być wplatane w tekstylia inteligentne czy tworzyć interaktywne wyświetlacze. Naukowcy planują dalsze badania nad precyzyjną manipulacją magnetyczną, która pozwoliłaby na bardziej zręczne aplikacje robotyczne. Rozważane jest również wprowadzenie zdolności sensorycznych, takich jak detekcja temperatury i wilgotności, co mogłoby jeszcze bardziej poszerzyć zakres zastosowań włókien SHINE. Udostępnione przez NUS video doskonale przedstawia innowacyjne włókna SHINE i obrazuje ich nowatorskie właściwości.