Wraz z szybkim rozwojem elastycznych urządzeń do noszenia, elektroniczna skóra staje się ważnym materiałem do interfejsu interakcji człowiek-komputer, a jej bezpieczeństwo staje się bardzo ważne. Wykorzystując naturalne białko jedwabiu i jony wapnia jako surowce, zespół z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Szanghaju stworzył przezroczysty, rozciągliwy, samonaprawiający się i wysoce bezpieczny przewodzący materiał elektronicznej skóry o dobrych właściwościach zmniejszających palność. Zespół badawczy dogłębnie zbadał mechanizm zmniejszający palność i opracował system wczesnego ostrzegania, który może przesyłać informacje za pomocą sygnałów bezprzewodowych w ekstremalnych warunkach, dostarczając nowy pomysł na dalsze projektowanie nowej jonowej skóry i poprawę bezpieczeństwa urządzeń do noszenia.

Przygotowanie i prezentacja SFCIS

Do przygotowania elektronicznej skóry z fibroiny wapnia (SFCIS) zastosowano dwie różne metody, aby spełnić wymagania różnych scenariuszy zastosowań. SFCIS ma wysoką przezroczystość. Właściwości mechaniczne SFCIS w środowisku można kontrolować, regulując zawartość jonów wapnia, tak aby moduł SFCIS był podobny do modułu tkanek biologicznych, a jego wydajność aplikacyjna była lepsza. Tymczasem SFCIS ma dobrą rozciągliwość (wskaźnik wydłużenia do 1200%) i przewodność elektryczną (1.96 ms · cm-1), co może spełnić potrzeby urządzeń noszonych. W środowisku pary wodnej SFCIS ma również dobrą wydajność samonaprawiania.

Właściwości mechaniczne SFCIS

Wprowadzenie jonów wapnia może wymieniać materiały ze środowiskiem i utrzymywać stabilność połączonej wody w materiałach. Z jednej strony istnienie związanej wody zapewnia dużą liczbę wiązań wodorowych dla materiału powłoki elektronicznej, co sprawia, że ​​ma on wysoką wytrzymałość i zdolność do samonaprawy. Z drugiej strony, gdy materiał jest wystawiony na działanie środowiska spalania, woda chelatująca wapń może sprawić, że materiał pochłonie ciepło i wyparuje przy pierwszym kontakcie z płomieniem i szybko się rozszerzy, tworząc ochronę wewnętrznego podłoża. Tak więc ten rodzaj materiału powłoki elektronicznej ma dobre właściwości zmniejszające palność.

Mechanizm zmniejszania palności SFCIS i diagram SEM powierzchni spalania

Zespół wykorzystał charakterystykę spektrometrii termo-masowej (TGA-MS) do dokładnej analizy zmian każdego składnika materiału na różnych etapach reakcji spalania, a zatem postawił hipotezę, że proces zmniejszania palności obejmował odwodnienie, ekspansję warstwy karbonizacyjnej, ekranowanie wielowarstwowe i wygaszanie wolnych rodników. W eksperymencie testu ograniczającego wskaźnik tlenu SFCIS wykazuje wydajność zmniejszania palności porównywalną z tworzywami sztucznymi, a w eksperymencie spalania nie będzie ponownego zapłonu, kropelek ani innych zagrożeń wtórnych, co w dużym stopniu gwarantuje bezpieczeństwo materiału w środowisku pożaru.

W praktyce zespół opracował również bezprzewodowy system ostrzegania przed pożarem bazujący na zmianie przewodności elektrycznej SFCIS w zależności od stopnia spalania.

Ogólnie rzecz biorąc, zespół opiera się na naturalnym białku jedwabiu, metoda wykorzystania prostych preparatów ma dobrą przewodność elektryczną, właściwości mechaniczne, właściwości samonaprawiające i ognioodporność przewodnika jonowego materiału elektronicznego, ten rodzaj materiału do badań mechanizmu spalania zapewnia wykonalny schemat, a także nowy typ konstrukcji sztucznej skóry zapewnia nowy tok myślenia, który ma na celu ulepszenie przenośnego sprzętu bezpieczeństwa, co ma istotne znaczenie.