Avec le développement rapide des objets connectés flexibles, la peau électronique devient un matériau essentiel pour l'interface homme-machine, et sa sécurité est primordiale. En utilisant des protéines de soie naturelles et des ions calcium comme matières premières, une équipe de l'Université des Sciences et Technologies de Shanghai a créé un matériau conducteur transparent, extensible, auto-réparateur et hautement sécurisé, doté d'excellentes propriétés ignifuges. L'équipe de recherche a exploré en profondeur son mécanisme ignifuge et développé un système d'alerte précoce capable de transmettre des informations par signaux sans fil dans des conditions extrêmes, ouvrant ainsi une nouvelle voie pour la conception de nouvelles peaux ioniques et l'amélioration de la sécurité des objets connectés.

Préparation et présentation du SFCIS

Deux méthodes différentes ont été utilisées pour préparer la peau électronique à base de fibroïne et d'ions calcium (SFCIS) afin de répondre aux exigences de différents scénarios d'application. La SFCIS présente une grande transparence. Ses propriétés mécaniques dans l'environnement peuvent être contrôlées en régulant la teneur en ions calcium, ce qui lui confère un module similaire à celui des tissus biologiques et de meilleures performances d'application. Par ailleurs, la SFCIS présente une bonne extensibilité (taux d'allongement jusqu'à 1200 1.96 %) et une bonne conductivité électrique (1 ms·cm-XNUMX), ce qui permet de répondre aux besoins des appareils portables. En milieu vapeur d'eau, la SFCIS présente également de bonnes performances d'auto-cicatrisation.

Propriétés mécaniques du SFCIS

L'introduction d'ions calcium permet l'échange de matériaux avec l'environnement et maintient la stabilité de l'eau combinée dans les matériaux. D'une part, la présence d'eau liée fournit un grand nombre de liaisons hydrogène au matériau de la peau électronique, ce qui lui confère une grande ténacité et une capacité d'auto-réparation. D'autre part, lorsque le matériau est exposé à un environnement de combustion, l'eau chélatrice de calcium peut lui permettre d'absorber la chaleur et de se vaporiser dès le premier contact avec la flamme, puis de se dilater rapidement, formant ainsi une protection pour le substrat interne. Ce type de matériau de la peau électronique présente donc d'excellentes propriétés ignifuges.

Mécanisme ignifuge du SFCIS et diagramme SEM de la surface de combustion

L'équipe a utilisé la caractérisation par spectrométrie de masse thermique (ATG-MS) pour analyser avec précision les changements de chaque composant du matériau lors des différentes étapes de la réaction de combustion. Elle a ainsi émis l'hypothèse que le processus ignifuge comprenait la déshydratation, l'expansion de la couche de carbonisation, le blindage multicouche et l'extinction des radicaux libres. Lors de l'essai d'indice limite d'oxygène, le SFCIS présente des performances ignifuges comparables à celles des plastiques techniques. L'essai de combustion ne présente aucun risque de réinflammation, de gouttelettes ni d'autres risques secondaires, ce qui garantit grandement la sécurité du matériau en cas d'incendie.

En pratique, l’équipe a également développé un système d’alerte incendie sans fil basé sur le changement de la conductivité électrique du SFCIS en fonction du degré de combustion.

En général, l'équipe est basée sur la protéine de soie naturelle, la méthode d'utilisation d'un matériau de peau électronique conducteur d'ions simple préparé présente une bonne conductivité électrique, des propriétés mécaniques, des propriétés d'auto-guérison et une ignifugation, ce type de matériau pour la recherche sur le mécanisme de combustion fournit un schéma réalisable, également en tant que nouveau type de conception de peau artificielle fournit un nouveau train de pensée, pour améliorer l'équipement de sécurité portable a l'illumination importante.