تولید الیاف خودترمیم‌شونده نانویی برای صنعت پوشیدنی هوشمند
به گزارش صنایع نو، محققان دانشگاه صنعتی شاهرود با همکاری پژوهشگران دانشگاه KLE هند، دانشگاه پلی‌تکنیک شی‌آن و دانشگاه جنگل‌داری نانجینگ چین، موفق به طراحی و ساخت الیاف نانوساختاری با ویژگی‌های منحصر به فردی شده‌اند. این الیاف ترکیبی از خودترمیمی، مقاومت در برابر خستگی و پیری و انعطاف‌پذیری بالا را همزمان ارائه می‌دهند. این دستاورد علمی که بر پایه ترکیب پلی‌یورتان و نانوبلورهای سلولز (CNC) توسعه یافته است، می‌تواند تحولی در صنعت منسوجات پوشیدنی هوشمند ایجاد کند .
چالش‌های صنعت منسوجات هوشمند و راه‌حل نوین پژوهشگران
رشد سریع فناوری‌های پوشیدنی و نیاز روزافزون به دستگاه‌هایی که بتوانند همزمان **راحتی**، **ایمنی** و **دوام** را تأمین کنند، موجب شده پژوهشگران به دنبال مواد نوینی برای ساخت منسوجات هوشمند باشند. از **لباس‌های پزشکی** گرفته تا **تجهیزات ورزشی** و حتی **ابزارهای پایش سلامت**، همگی به الیافی نیاز دارند که هم انعطاف‌پذیر باشند و هم در برابر خستگی و پیری مقاومت کنند. با این حال، بیشتر الیاف رایج مانند پلی‌یورتان‌های سنتی در برابر فشارهای تکراری، کشش طولانی‌مدت یا شرایط محیطی سخت دچار کاهش عملکرد می‌شوند و همین موضوع عمر مفید آن‌ها را محدود می‌کند .
اساس فناوری نوین: پیوند پلی‌یورتان و نانوبلورهای سلولز
اساس این نوآوری استفاده از نانوبلورهای سلولز (CNC) است. این مواد، زیست‌پایهو سازگار با محیط زیست هستند و می‌توانند با زنجیره‌های مولکولی پلی‌یورتان پیوند هیدروژنی برقرار کنند. این پیوندها شبکه‌ای پویا و انعطاف‌پذیر ایجاد می‌کنند که مانند یک چسب طبیعی، ترک‌ها و آسیب‌های ایجادشده در ساختار الیاف را ترمیم می‌کند. به بیان دیگر، هرگاه الیاف در اثر فشار یا کشش دچار خراش یا شکستگی سطحی شوند، ساختار مولکولی آن‌ها مجدداً بازآرایی شده و آسیب به‌طور خودبه‌خودی برطرف می‌شود .
نتایج آزمایشگاهی چشم‌گیر و بهبود خواص مکانیکی
نتایج آزمایش‌های مکانیکی نشان داد که افزودن تنها یک درصد نانوسلولز به پلی‌یورتان، باعث افزایش ۳۳.۹۲ درصدی میزان کشسانی تا نقطه شکست و رشد ۱۷.۹۳ درصدی استحکام کششی الیاف می‌شود. این در حالی است که پس از انجام آزمون‌های سخت خستگی و پیری، خواص مکانیکی این الیاف تقریباً بدون تغییر باقی مانده است. حتی در آزمایش خراش، ترک‌های ایجادشده روی سطح الیاف حاوی یک درصد نانوسلولز به طور کامل ترمیم شدند و میزان کشسانی و استحکام به ترتیب ۵۷.۱۸ درصد و ۱۲۸.۰۲ درصد افزایش یافت .
یکی از یافته‌های جالب پژوهش این بود که با افزایش درصد نانوسلولز، کارایی خودترمیمی نیز بهبود می‌یابد. در نمونه‌ای که **۵ درصد نانوسلولز** داشت، کشسانی و استحکام کششی پس از فرآیند خودترمیم به ترتیب ۱۵۵.۷۲ درصد و ۱۶۹.۱۱ درصد افزایش یافت. افزون بر این، الیاف ترکیبی از نظر پایداری حرارتی نیز عملکردی بهتر نشان دادند و این ویژگی، امکان استفاده آن‌ها در شرایط محیطی سخت را بیشتر می‌کند .
شبیه‌سازی دینامیک مولکولی و بهینه‌سازی ترکیب
پژوهشگران برای تحلیل دقیق‌تر روابط میان پلی‌یورتان و نانوسلولز از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی بهره گرفتند. این شبیه‌سازی نشان داد که ترکیب با غلظت یک درصد نانوسلولز، بیشترین توانایی پیونددهی بین‌سطحی را دارد و همین موضوع تعادل مناسبی میان انعطاف‌پذیری و مقاومت مکانیکی ایجاد می‌کند .
کاربردهای عملی در منسوجات هوشمند و پوشیدنی‌های الکترونیکی
فراتر از جنبه‌های آزمایشگاهی، این تیم تحقیقاتی توانست الیاف جدید را به صورت نخ روکش‌دار الاستیک نیز تولید کند. این محصول اولیه نشان می‌دهد که ترکیب تازه، قابلیت ادغام مستقیم در پارچه‌ها و تجهیزات پوشیدنی هوشمند را دارد. به این ترتیب، مسیر توسعه حسگرهای انعطاف‌پذیر و بادوام که بتوانند حرکات بدن یا شاخص‌های فیزیولوژیکی را بدون افت کیفیت ثبت کنند، هموارتر خواهد شد. این الیاف می‌توانند در ساخت دستبندهای سلامتی، لباس‌های ورزشی هوشمند و تجهیزات پزشکی پوشیدنی به کار روند .
اهمیت اقتصادی و زیست‌محیطی الیاف خودترمیم‌شونده
اهمیت این نوآوری زمانی بیشتر آشکار می‌شود که بدانیم بازار پوشیدنی‌های هوشمند در سال‌های اخیر رشد چشمگیری داشته و پیش‌بینی‌ها از تداوم این روند حکایت دارند. با افزایش تقاضا برای محصولاتی که دوام و ایمنی را تضمین کنند، نیاز به چنین موادی بیش از پیش احساس می‌شود. الیاف خودترمیم‌شونده نانوساختار می‌توانند این شکاف را پر کنند و به افزایش اعتماد مصرف‌کنندگان و توسعه بازار کمک کنند .
به گفته محققان، این دستاورد تنها یک پیشرفت فناورانه نیست بلکه گامی در جهت پایداری محیط زیست نیز به شمار می‌رود. استفاده از نانوسلولز، که منبعی تجدیدپذیر و زیست‌سازگار است، جایگزینی سبز برای مواد افزودنی شیمیایی رایج محسوب می‌شود. این امر نه‌تنها هزینه‌ها و اثرات زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد، بلکه با سیاست‌های جهانی در زمینه اقتصاد چرخشی و توسعه پایدار همسو است .
همکاری‌های بین‌المللی و نقش دانشگاه صنعتی شاهرود
این دستاورد حاصل همکاری‌های بین‌المللی موثر است که دانشگاه صنعتی شاهرود در آن پیشرو بوده است. این دانشگاه که به عنوان یک برند علمی شناخته می‌شود ，با برقراری ارتباط با موسسات بین‌المللی ，توانسته است در پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته مشارکت کند. پروفسور مجید محمدی، از اعضای هیأت علمی این دانشگاه، با تخصص در زمینه مواد پیشرفته و پوشش‌های نانوساختاری نمونه‌ای از ظرفیت‌های علمی این انستیتو است.
انتشار مقاله و ثبت دستاورد علمی
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان "Self-healing polyurethane/cellulose nanocrystal composite fibers with fatigue and aging resistance for smart wearable elastic yarns"در مجله علمی منتشر شده است . این مقاله به طور مفصل به بررسی ویژگی‌های این الیاف و کاربردهای بالقوه آن می‌پردازد.
چشم‌انداز آینده و کاربردهای بالقوه
این پژوهش مشترک دانشگاه صنعتی شاهرود و همکاران بین‌المللی، افق‌های تازه‌ای را در **طراحی و ساخت الیاف پیشرفته** گشوده است. این الیاف ترکیبی با خاصیت خودترمیمی و مقاومت در برابر خستگی و پیری، همسو با نیازهای آینده صنعت پوشیدنی‌های هوشمند بوده و **ارزش اقتصادی و کاربردی بالایی** دارد. انتظار می‌رود در آینده نزدیک، شاهد ورود این نوع فناوری‌ها به عرصه **تولید صنعتی** و به دنبال آن، افزایش دوام و ایمنی محصولات هوشمند در بازار جهانی باشیم .
این نوآوری نه تنها در صنعت پوشیدنی، بلکه در زمینه‌های دیگری مانند پزشکی(برای ساخت ایمپلنت‌های بادوام و سازگار با بدن)، صنایع خودرو (برای ساخت روکش‌های داخلی خودترمیم‌شونده) و هوا فضا (برای ساخت مواد سبک‌وزن و مقاوم) نیز Potential applications وسیعی دارد .
نظرات کاربران
هنوز نظری ثبت نشده است.