ألياف ذكية لصناعة ملابس مضيئة
ألياف ضوئية
طور باحثون من جامعة فودان في شنغهاي، أليافاً اصطناعية تتألف من خلايا كهروكيميائية، وسميت بـألياف PLEC. وتأتي المادة بشكل رفيع بما يكفي لأن تكون منسوجة.
ربما في المستقبل القريب، يمكن للملابس أن تضيء، وأن يتغير لونها حسب الطلب. كما يمكنها أن ترسل الإخطارات التي يبعث بها الهاتف الذكي أو الأشياء المتصلة الأخرى. هذا هو الطريق الذي فتحته أعمال فريق من الباحثين من جامعة فودان في شنغهاي، الصين، وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس، الولايات المتحدة (UCLA). وقد نشر مقال في مجلة Nature Photonics، والذي يبرز فيه مفهوم الألياف المضيئة والرفيعة جداً والمرنة مما يمكنها من الاندماج في النسيج.
وتتكون هذه المواد من الخلايا البوليمر الكهروكيميائية المرسلة للضوء (PLEC، polymer light-emitting electrochemical cells)، ولا يتعدى سمكها سوى بعض المليمترات. وهي تعمل على نفس المبدأ OLED (Organic Light-Emitting Diodes) مع قطبين معدنيين، متصلة مع شبه موصل عضوي كهروضوئي. ولكن الفرق الرئيسي هو أنه على خلاف OLED، تعمل PLEC بشكل أفضل وباستهلاك طاقة منخفضة لأنها تستخدم مواد أقل حساسية للهواء. وهذا ما يسمح بتصنيع أقمشة مضيئة منخفضة الطاقة والتي يمكن، على سبيل المثال، أن تأخذ طاقتها من قبل أنظمة استعادة الطاقة المتعلقة بحركات الجسم أو من الطاقة الشمسية.
وتتكون ألياف PLEC من أسلاك الفولاذ المطلي بجزيئات أكسيد الزنك، ومن بوليمر باعث للضوء يحتوي على أملاح، مغطاة بطبقة شفافة من أنابيب الكربون النانوية. والنتيجة هي الحصول على مادة مرنة بما فيه الكفاية لنسجها.
حالياً، يمكن للنماذج الأولية أن تبعث الضوء الأزرق أو الأصفر على السطح كله، ولكن يشير الباحثون إلى أن الألوان الأخرى ممكن تكوينها مستقبلاً. وعلاوة على ذلك، فإن عملية التصنيع بسيطة بما يناسب الإنتاج الصناعي.
ومع ذلك، يظهر نوعان من القيود الرئيسية في تطوير هذا المشروع. أولاً، أن سطوع هذه الألياف ينخفض إلى النصف بعد أربع ساعات فقط من الاستخدام. ومع ذلك، فقد أعلن باحثون من جامعة فالنسيا بإسبانيا أنهم يعملون على PLEC المرجح أن يدوم عدة آلاف من الساعات. أما العقبة الثانية في الوقت الراهن هي قصر طول الألياف بحيث لا يمكن نسجها بواسطة الآلات. ويعتزم الباحثون مواصلة تطوير نموذجهما الأولي لتحقيق نتيجة قابلة للاستخدام لاحقاً، ربما في غضون سنوات قليلة.
ربما في المستقبل القريب، يمكن للملابس أن تضيء، وأن يتغير لونها حسب الطلب. كما يمكنها أن ترسل الإخطارات التي يبعث بها الهاتف الذكي أو الأشياء المتصلة الأخرى. هذا هو الطريق الذي فتحته أعمال فريق من الباحثين من جامعة فودان في شنغهاي، الصين، وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس، الولايات المتحدة (UCLA). وقد نشر مقال في مجلة Nature Photonics، والذي يبرز فيه مفهوم الألياف المضيئة والرفيعة جداً والمرنة مما يمكنها من الاندماج في النسيج.
وتتكون هذه المواد من الخلايا البوليمر الكهروكيميائية المرسلة للضوء (PLEC، polymer light-emitting electrochemical cells)، ولا يتعدى سمكها سوى بعض المليمترات. وهي تعمل على نفس المبدأ OLED (Organic Light-Emitting Diodes) مع قطبين معدنيين، متصلة مع شبه موصل عضوي كهروضوئي. ولكن الفرق الرئيسي هو أنه على خلاف OLED، تعمل PLEC بشكل أفضل وباستهلاك طاقة منخفضة لأنها تستخدم مواد أقل حساسية للهواء. وهذا ما يسمح بتصنيع أقمشة مضيئة منخفضة الطاقة والتي يمكن، على سبيل المثال، أن تأخذ طاقتها من قبل أنظمة استعادة الطاقة المتعلقة بحركات الجسم أو من الطاقة الشمسية.
وتتكون ألياف PLEC من أسلاك الفولاذ المطلي بجزيئات أكسيد الزنك، ومن بوليمر باعث للضوء يحتوي على أملاح، مغطاة بطبقة شفافة من أنابيب الكربون النانوية. والنتيجة هي الحصول على مادة مرنة بما فيه الكفاية لنسجها.
حالياً، يمكن للنماذج الأولية أن تبعث الضوء الأزرق أو الأصفر على السطح كله، ولكن يشير الباحثون إلى أن الألوان الأخرى ممكن تكوينها مستقبلاً. وعلاوة على ذلك، فإن عملية التصنيع بسيطة بما يناسب الإنتاج الصناعي.
ومع ذلك، يظهر نوعان من القيود الرئيسية في تطوير هذا المشروع. أولاً، أن سطوع هذه الألياف ينخفض إلى النصف بعد أربع ساعات فقط من الاستخدام. ومع ذلك، فقد أعلن باحثون من جامعة فالنسيا بإسبانيا أنهم يعملون على PLEC المرجح أن يدوم عدة آلاف من الساعات. أما العقبة الثانية في الوقت الراهن هي قصر طول الألياف بحيث لا يمكن نسجها بواسطة الآلات. ويعتزم الباحثون مواصلة تطوير نموذجهما الأولي لتحقيق نتيجة قابلة للاستخدام لاحقاً، ربما في غضون سنوات قليلة.
