Joustavien puettavien laitteiden nopean kehityksen myötä elektronisesta ihosta on tullut tärkeä materiaali ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutusrajapinnassa, ja sen turvallisuudesta tulee erittäin tärkeää. Shanghain tiede- ja teknologiayliopiston tiimi on valmistanut läpinäkyvän, venyvän, itsekorjautuvan ja erittäin turvallisen johtavan elektronisen ihomateriaalin, jolla on hyvät palonesto-ominaisuudet ja joka käyttää luonnon silkkiproteiinia ja kalsiumioneja raaka-aineina. Tutkimusryhmä tutki perusteellisesti sen palonestomekanismia ja kehitti varhaisvaroitusjärjestelmän, joka pystyy lähettämään tietoa langattomien signaalien kautta äärimmäisissä olosuhteissa. Tämä tarjoaa uuden idean uusien ionisten ihomateriaalien suunnittelulle ja puettavien laitteiden turvallisuuden parantamiselle.

SFCIS:n valmistelu ja esittäminen

Kahta eri menetelmää käytettiin fibroiinikalsiumionielektroniihon (SFCIS) valmistukseen erilaisten sovellusskenaarioiden vaatimusten täyttämiseksi. SFCIS:llä on korkea läpinäkyvyys. SFCIS:n mekaanisia ominaisuuksia ympäristössä voidaan kontrolloida säätelemällä kalsiumionien pitoisuutta, jolloin SFCIS:n moduuli on samanlainen kuin biologisilla kudoksilla ja sen sovellusominaisuudet ovat paremmat. Samaan aikaan SFCIS:llä on hyvä venyvyys (venymänopeus jopa 1200 %) ja sähkönjohtavuus (1.96 ms · cm-1), jotka voivat vastata puettavien laitteiden tarpeisiin. Vesihöyryympäristössä SFCIS:llä on myös hyvä itsekorjautuva suorituskyky.

SFCIS:n mekaaniset ominaisuudet

Kalsiumionien lisääminen voi vaihtaa materiaaleja ympäristön kanssa ja ylläpitää sitoutuneen veden vakautta materiaaleissa. Toisaalta sitoutuneen veden olemassaolo tarjoaa elektroniikkakalvomateriaalille suuren määrän vetysidoksia, mikä tekee siitä erittäin sitkeän ja itsekorjautuvan. Toisaalta, kun materiaali altistuu palamisympäristölle, kalsiumia kelatoiva vesi voi saada materiaalin absorboimaan lämpöä ja höyrystymään ensimmäisessä kosketuksessa liekin kanssa ja laajenemaan nopeasti muodostaen suojan sisäiselle pohjakerrokselle. Tämän tyyppisellä elektroniikkakalvomateriaalilla on siis hyvät palonesto-ominaisuudet.

SFCIS:n palonestomekanismi ja palamispinnan SEM-diagrammi

Tiimi käytti termo-massaspektrometriaa (TGA-MS) analysoidakseen tarkasti kunkin materiaalikomponentin muutoksia eri palamisreaktiovaiheissa ja oletti siten, että palonestoprosessiin kuului dehydraatio, hiilestymiskerroksen laajeneminen, monikerrossuojaus ja vapaiden radikaalien sammutus. Happi-indeksin rajoituskokeessa SFCIS:n palonestokyky oli verrattavissa teknisten muovien ominaisuuksiin, eikä palamiskokeessa esiinny uudelleensyttymistä, pisaroiden muodostumista tai muita toissijaisia ​​vaaroja, mikä takaa materiaalin turvallisuuden paloympäristössä.

Käytännössä tiimi kehitti myös langattoman palovaroitusjärjestelmän, joka perustuu SFCIS:n sähkönjohtavuuden muutokseen palamisasteen mukaan.

Yleisesti ottaen tiimi perustuu luonnon silkkiproteiiniin, yksinkertaisen valmistuksen menetelmällä on hyvä sähkönjohtavuus, mekaaniset ominaisuudet, itsekorjautuvat ominaisuudet ja ionijohtavan elektronisen ihomateriaalin palonestokyky. Tällainen materiaali tarjoaa toteuttamiskelpoisen järjestelmän palamismekanismien tutkimiseen. Myös uudentyyppinen keinotekoinen ihosuunnittelu tarjoaa uuden ajattelutavan ja parantaa puettavia turvavarusteita.