เส้นใยนำไฟฟ้าถือเป็นวัสดุอัจฉริยะประเภทสำคัญ ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางจากแวดวงวัสดุทั้งในและต่างประเทศ การวิจัยและพัฒนาอยู่ในระดับสูง และมีแนวโน้มการใช้งานที่ดีกับเสื้อผ้า เซ็นเซอร์ และสิ่งทออุตสาหกรรม เชื่อกันว่าด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี วัสดุอัจฉริยะจะยังคงพัฒนาต่อไป ในฐานะที่เป็นหนึ่งในสิ่งทออัจฉริยะประเภทหลัก เส้นใยนำไฟฟ้าจะได้รับตำแหน่งที่สำคัญมากขึ้นในด้านวัสดุอย่างแน่นอน
เส้นใยนำไฟฟ้ามักหมายถึงเส้นใยที่มีความต้านทานจำเพาะต่ำกว่า 107Ω·cm ภายใต้สภาวะมาตรฐาน (20 องศา ความชื้นสัมพัทธ์ 65%) หมวดหมู่มีดังนี้: รูปภาพ
(1) เส้นใยนำไฟฟ้าประเภทสารประกอบโลหะ ความต้านทานคือ 102-104Ω·cm ทำโดยวิธีการปั่นแบบผสมเพื่อผสมอนุภาคนำไฟฟ้าที่มีความเข้มข้นสูงภายในเส้นใย อนุภาคนำไฟฟ้าสีดำใช้คาร์บอนแบล็ค ชุดสีขาวใช้โลหะออกไซด์ ตัวอย่างเช่น พื้นผิวของพลวงออกไซด์ที่มีดีบุกออกไซด์จำนวนเล็กน้อยถูกเคลือบด้วยไทเทเนียมไดออกไซด์ เส้นใยค่อนข้างเบา ยืดหยุ่น ล้างทำความสะอาดได้ และง่ายต่อการประมวลผล นอกจากนี้ยังสามารถตรึงสารประกอบทองแดงหรือโลหะที่ชุบด้วยไฟฟ้าทางเคมีได้ด้วยขั้นตอนหลังการประมวลผล
(2) เส้นใยนำไฟฟ้าของโลหะ ไฟเบอร์ประเภทนี้ผลิตขึ้นโดยใช้คุณสมบัตินำไฟฟ้าของโลหะ วิธีการหลักคือวิธีการวาดโดยตรง นั่นคือลวดโลหะจะถูกดึงซ้ำๆ ผ่านแม่พิมพ์เพื่อสร้างเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4-16μm
(3) เส้นใยนำไฟฟ้าคาร์บอนแบล็ค
การใช้คุณสมบัตินำไฟฟ้าของคาร์บอนแบล็กเพื่อสร้างเส้นใยนำไฟฟ้าเป็นวิธีการเก่าและแพร่หลาย วิธีการสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ รูปภาพ
① วิธีการเติม: หลังจากผสมคาร์บอนแบล็กและไฟเบอร์-วัสดุที่ขึ้นรูปแล้ว คาร์บอนแบล็กจะสร้างโครงสร้างเฟสต่อเนื่องในไฟเบอร์ ซึ่งทำให้ไฟเบอร์มีสภาพนำไฟฟ้า โดยทั่วไปวิธีนี้จะใช้วิธีปั่นคอมโพสิตแกนเปลือก- ซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกายภาพดั้งเดิมของเส้นใย แต่ยังทำให้เส้นใยเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าด้วย
2 วิธีการเคลือบ: วิธีการเคลือบคือการเคลือบคาร์บอนแบล็คบนพื้นผิวของเส้นใยธรรมดา วิธีการเคลือบสามารถใช้สารยึดเกาะเพื่อยึดคาร์บอนแบล็คเข้ากับพื้นผิวของเส้นใย หรือทำให้พื้นผิวของเส้นใยนุ่มลงโดยตรงและยึดติดกับคาร์บอนแบล็คได้ ข้อเสียของวิธีนี้คือคาร์บอนแบล็คหลุดง่าย สัมผัสมือไม่ดี และคาร์บอนแบล็คกระจายไม่เท่ากันบนพื้นผิวไฟเบอร์
treatment การบำบัดด้วยไฟเบอร์คาร์บอไนเซชัน เส้นใยบางชนิด เช่น เส้นใยพอลิอะคริโลไนไตรล์ เส้นใยเซลลูโลส เส้นใยที่มีพิทช์{0}} เป็นต้น หลังจากการบำบัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ สายโซ่หลักของเส้นใยส่วนใหญ่เป็นอะตอมของคาร์บอน ซึ่งทำให้เส้นใยเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า วิธีการที่ใช้กันมากที่สุดคือวิธีบำบัดคาร์บอไนเซชันที่อุณหภูมิต่ำ-ของเส้นใยอะคริลิก ภาพ
(4) เส้นใยโพลีเมอร์นำไฟฟ้า
โดยทั่วไปวัสดุโพลีเมอร์ถือเป็นฉนวน แต่การพัฒนาวัสดุนำไฟฟ้าโพลีอะเซทิลีนที่ประสบความสำเร็จในทศวรรษ 1970 ได้ทำลายสิ่งนี้
ความคิดแบบดั้งเดิม หลังจากนั้น วัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของโพลีเมอร์ เช่น โพลีอะนิลีน โพลีไพโรล และโพลีไทโอฟีนก็เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ผู้คนนำไฟฟ้าไปยังวัสดุโพลีเมอร์
การวิจัยด้านประสิทธิภาพก็กว้างขวางมากขึ้นเช่นกัน มีสองวิธีหลักในการเตรียมเส้นใยนำไฟฟ้าโดยใช้โพลีเมอร์นำไฟฟ้า: (1) วิธีการปั่นโดยตรงของวัสดุโพลีเมอร์นำไฟฟ้า (2) วิธีหลัง-แปรรูป
การใช้เส้นใยนำไฟฟ้า
ผ้านำไฟฟ้าที่ทำจากเส้นใยนำไฟฟ้ามีหน้าที่ที่ดีเยี่ยม เช่น การนำไฟฟ้า การนำความร้อน การป้องกันและการดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในตาข่ายนำไฟฟ้าและชุดโดยรวมที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และพลังงาน เสื้อผ้าไฟฟ้า พื้นผิวทำความร้อนไฟฟ้า และผ้าพันแผลทำความร้อนไฟฟ้าในอุตสาหกรรมการแพทย์ การบิน ฝาครอบป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับการบินและอวกาศและอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำ ฯลฯ เส้นใยนำไฟฟ้าสามารถนำมาใช้ในด้านต่างๆ เช่น สิ่งทอป้องกันไฟฟ้าสถิต สิ่งทอป้องกัน-รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า สิ่งทออัจฉริยะ และสิ่งทอทางทหาร
สิ่งทอป้องกันไฟฟ้าสถิตย์
เส้นใยนำไฟฟ้าเป็นเส้นใยเชิงฟังก์ชันที่มีการนำไฟฟ้าเป็นกลไก ซึ่งจะกำจัดไฟฟ้าสถิตผ่านการนำไฟฟ้าและการปล่อยโคโรนา เนื่องจากเส้นใยประกอบด้วยอิเล็กตรอนอิสระ คุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตจึงไม่ขึ้นอยู่กับความชื้น เส้นใยนำไฟฟ้าของ Liheng มีประจุครึ่งหนึ่ง-ชีวิตสั้น ไม่ว่าในกรณีใด ก็สามารถกำจัดไฟฟ้าสถิตได้ในเวลาอันสั้นมาก และใช้เส้นใยนำไฟฟ้าเพื่อป้องกันไฟฟ้าสถิตไม่ให้เกิดขึ้น และอันตรายดังกล่าวมีความสามารถในการปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อมได้หลากหลาย ตามค่าการนำไฟฟ้าของเส้นใยนำไฟฟ้าและโครงสร้างของผ้า ผลป้องกันไฟฟ้าสถิตสามารถทำได้โดยการผสมเส้นใยนำไฟฟ้า 0.05% ถึง 5% ในเส้นใยทั่วไป เสื้อผ้าทำงานที่ทำจากเส้นใยนำไฟฟ้าที่มีฤทธิ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ เหมาะสำหรับแหล่งน้ำมัน การแปรรูปปิโตรเลียม เหมืองถ่านหิน อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมวัสดุไวแสง และโอกาสที่อาจติดไฟและระเบิดอื่นๆ และยังเหมาะสำหรับเสื้อผ้า-ปลอดเชื้อปราศจากฝุ่นหรือวัสดุกรองพิเศษ
ผ้าป้องกันรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า-
การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าคือการใช้วัสดุนำไฟฟ้าที่มีความต้านทานต่ำ-เพื่อสะท้อนและนำทางกระแสไฟฟ้า และสร้างโพลาไรเซชันของกระแสและแม่เหล็กตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กดั้งเดิมภายในวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบจากการแผ่รังสีของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าดั้งเดิม เส้นใยนำไฟฟ้าที่ใช้ป้องกันรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าต้องมีความต้านทานต่ำมาก โดยปกติแล้วจะอยู่ที่ 10-6 ถึง 10-2Ω/ซม. เท่านั้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากมีการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าและอุปกรณ์สื่อสารอย่างกว้างขวาง การรบกวนของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้เกิดการทำงานผิดพลาดของอุปกรณ์ อุปสรรคด้านภาพและเสียง และเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ ฯลฯ ซึ่งกระตุ้นความสนใจของผู้คนต่อการพัฒนาวัสดุป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า ภาพ
ด้วยการใช้คุณสมบัติป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าของเส้นใยนำไฟฟ้า จึงสามารถนำไปใช้สร้างเกราะป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำ เครื่องเชื่อมความถี่สูง- ฯลฯ เพื่อสร้างผนังและเพดานของบ้านที่มีความต้องการพิเศษ และวัสดุปิดผนังที่ดูดซับคลื่นวิทยุ ในญี่ปุ่น เส้นใยนำไฟฟ้าที่เคลือบด้วยทองแดงบนพื้นผิวจะถูกผสมหรือทำเป็นผ้าไม่ทอ- ซึ่งปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุป้องกันและดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ฝาครอบดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับเรือ
เซ็นเซอร์สิ่งทอ
เส้นใยนำไฟฟ้าแบบยืดหยุ่นทำจากผ้าเซ็นเซอร์ตามหลักการของเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ มีข้อดีคือมีน้ำหนักเบาและพกพาสะดวก และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เซ็นเซอร์สวมใส่ที่ยืดหยุ่นมีไว้เพื่อการตรวจจับและติดตามกิจกรรมของมนุษย์เป็นหลัก และมีแอปพลิเคชันที่หลากหลายในการตรวจจับการเคลื่อนไหว การตรวจติดตามสุขภาพส่วนบุคคล หุ่นยนต์อัจฉริยะ และการโต้ตอบกับคอมพิวเตอร์ของมนุษย์- ภาพ
เซ็นเซอร์ความเครียดแบบดั้งเดิม เช่น เซ็นเซอร์ที่ใช้ฟอยล์โลหะและเซมิคอนดักเตอร์ ไม่สามารถใช้ได้กับเซ็นเซอร์ที่สวมใส่ได้แบบยืดหยุ่นได้ เนื่องจากไม่มีความยืดหยุ่นดีและมีช่วงการตรวจจับต่ำ (<5%). Some nanomaterials have been applied to various flexible strain sensors, such as carbon nanotubes, graphene and metal nanowires, because of their good mechanical flexibility and electrical conductivity. Although some progress has been made, there are still two main problems today: one is that it is difficult to obtain high sensitivity and a large sensing range at the same time; the other is that the current flexible sensors have many functions and single functions, for example, they can only sense tensile strain. It cannot sense other deformations such as bending and torsion at the same time, so it is not suitable for sensing complex and delicate human activities. Japan Taiyo Industry Co., Ltd. uses carbon fiber to develop a sensor that detects the maximum strain, which can be used for safety diagnosis of structures such as buildings, roads, factories, airplanes, and ropeways.
สิ่งทอลายทหาร
สงครามในอนาคตสำหรับสิ่งทอทางทหารจะเป็นสงครามที่ได้รับข้อมูลภายใต้-เงื่อนไขทางเทคโนโลยีขั้นสูง ในสงครามดังกล่าว อัตราการปฏิบัติการจะรวดเร็ว ความถี่ของการเปลี่ยนผ่านด้านรุกและการป้องกันจะรวดเร็ว และสถานการณ์สงครามก็เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว และอุปกรณ์การต่อสู้ของทหารแบบดั้งเดิมดูเหมือนจะล้าหลังอย่างมาก เพื่อปรับปรุงความสามารถในการรบที่ครอบคลุมของทหารในสนามรบสมัยใหม่ จำเป็นต้องปรับปรุงความสามารถของทหารในการรับ ประมวลผล และส่งข้อมูล เพื่อให้ความเข้าใจของทหารเกี่ยวกับสถานการณ์ในสนามรบสามารถไปถึงระดับที่สูงขึ้น เสื้อผ้าข้อมูลที่ทำจากเส้นใยนำไฟฟ้าก็ตรงตามนี้ ข้อกำหนดประการหนึ่ง ภาพ
เส้นใยนำไฟฟ้าส่วนใหญ่ไวต่อไฟฟ้าและความร้อน ผ้าที่ทอจากเส้นใยนำไฟฟ้าสามารถป้องกันการลาดตระเวนโดยอุปกรณ์ถ่ายภาพความร้อน และสามารถทำเป็นชุดป้องกันการถ่ายภาพความร้อนสำหรับทหารแต่ละคนได้ เส้นใยนำไฟฟ้าผสมกับสารตั้งต้นที่เป็นฉนวนต่ำ เช่น เรซินและยาง เพื่อสร้างวัสดุดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสามารถดูดซับคลื่นเรดาร์ หลีกเลี่ยงการติดตามเรดาร์ และบรรลุวัตถุประสงค์ของอาวุธและอุปกรณ์ที่ลักลอบ เครื่องแบบทหารเปลี่ยนสี-ที่พัฒนาโดยสหรัฐอเมริกาคือการเพิ่มวงจรนำไฟฟ้าที่ประกอบด้วยเส้นใยนำไฟฟ้าให้กับผ้า ด้วยการควบคุมอุณหภูมิ หมึกเทอร์โมโครมิกในชุดทหารจึงเปลี่ยนไป ดังนั้นสีของเครื่องแบบทหารจึงเปลี่ยนไปตามสีของสภาพแวดล้อมภายนอก ลายพรางที่ทำปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อม
การใช้เส้นใยนำไฟฟ้าอื่นๆ
การใช้งานอื่นๆ ด้วยการเลือกใช้สารเติมแต่งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ทำให้สามารถเตรียมวัสดุเส้นใยที่มีฟังก์ชันอื่นๆ นอกเหนือจากฟังก์ชันที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ เช่น สารต้านแบคทีเรียและอินฟราเรดไกล บริษัท Mitsubishi Corporation ของญี่ปุ่นใช้เทคโนโลยีการปั่นแบบคอมโพสิตเพื่อผสมอนุภาคเซรามิกสีขาวนำไฟฟ้าที่มีความเข้มข้นสูง-ในแกนกลางเพื่อทำให้เส้นใยเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากอนุภาคเซรามิกที่เติมเข้าไปมีลักษณะเฉพาะของการเปลี่ยนแสง-เป็น-ความร้อน หลังจากผสมเส้นใยนี้กับเส้นใยธรรมดาในปริมาณ 10% อุณหภูมิของผ้าจึงสามารถเพิ่มอุณหภูมิได้ถึง 28 องศาภายใต้แหล่งกำเนิดแสง เส้นใยนี้ไม่เพียงแต่ทำให้ผู้สวมใส่รู้สึกอบอุ่นเท่านั้น แต่หลังจากล้างด้วยน้ำแล้ว เวลาในการตากแห้งเมื่อตากแดดคือ 2/3 ของเส้นใยทั่วไป คุณสมบัติการแห้งเร็ว-เป็นคุณลักษณะเพิ่มเติมของเส้นใยนี้ เนื่องจากอนุภาคนำไฟฟ้าของเส้นใยนี้อยู่ในแกนกลางของเส้นใย การประมวลผลตามปกติ การซัก การย้อม ฯลฯ จะไม่ส่งผลกระทบต่อการนำไฟฟ้าของเส้นใย
