Włókna, jako rodzaj jednowymiarowych materiałów o dużym stosunku długości do średnicy,
są znane i stosowane od tysięcy lat do produkcji tekstyliów. Włókna mogą być dalej
przetwarzane na przędzę, tkaniny i mogą być poddawane innym technikom związanym z
wytwarzaniem tekstyliów, takim jak barwienie, skręcanie, szycie, dzianie itp. Badania i
zastosowania materiałów włóknistych są bezpośrednio związane z życiem codziennym i
rozwojem przemysłu wytwórczego. Jednak konwencjonalne włókna i oparte na nich
urządzenia nie mogą już spełniać wymagań automatyzacji współczesnego społeczeństwa, a
także potrzeb konsumpcyjnych ludzi związanych z inteligentnymi materiałami modą, itp.
Tak zwane inteligentne włókna (smart fibers) mogą pełnić jednocześnie podwójną funkcję
wykrywania i reakcji na określony bodziec. Potrafią wyczuwać zmiany zewnętrznych
warunków środowiskowych (mechaniczne, termiczne, chemiczne, światło, wilgotność, itp.) i
dostosowywać swoją strukturę wewnętrzną tak, aby reagować na bodźce w optymalny
sposób. Obecny wybór materiałów z matrycą z inteligentnych włókien jest zwykle oparty na
włóknach syntetycznych na bazie ropy naftowej. Nieodnawialność, słaba degradowalność i
inne wady włókien z materiałów ropopochodnych utrudniają w pewnym stopniu
długoterminowy rozwój „zielonych” inteligentnych włókien. Biopolimery są znane ze swojego
powszechnego występowania, unikalnych struktur, dobrych właściwości mechanicznych,
odnawialności, biokompatybilności i biodegradowalności, niskich kosztów oraz
nietoksyczności. Włókna na bazie biopolimerów reprezentowane przez bawełnę, len, jedwab,
wełnę itp. są od dawna szeroko stosowane, a proces ich produkcji jest dobrze znany, co czyni
je idealnymi kandydatami do budowy inteligentnych włókien. Inteligentne tkaniny lub
urządzenia powstałe na ich bazie, tkane z naturalnych, inteligentnych włókien
biopolimerowych, mogą znacznie poprawić komfort inteligentnych tekstyliów, spełniając
jednocześnie cel wykrywania zmian w różnych warunkach fizjologicznych. Dlatego badania i
rozwój inteligentnych włókien opartych na naturalnych biopolimerach mogą nie tylko
realizować funkcje innych inteligentnych włókien syntetycznych, ale także wpisywać się w
przyszły kierunek rozwoju ekologicznej produkcji.
Celem tego projektu jest zaprojektowanie szeregu inteligentnych włókien opartych na
naturalnych biopolimerach, w tym głównie szybko reagujących termochromowych włókien
celulozowych, wysoce czułych, elastycznych włókien z naturalnej gumy oraz magnetycznie
reagujących włókien alginianowych. Włókna termochromowe mogą automatycznie i
odwracalnie zmieniać kolor w odpowiedzi na różne bodźce zewnętrzne (elektryczność, światło,
ciepło, ciśnienie, rozpuszczalnik itp.). Elastyczne włókna sensoryczne mogą przekształcać
zewnętrzne bodźce, takie jak naprężenia mechaniczne, zmiany temperatury/wilgotności i
różne sygnały biologiczne/chemiczne na sygnały elektryczne. Włókna reagujące na pole
magnetycznie mogą odpowiadać na bodziec magnetyczny prowadząc do magnetycznego
ruchu włókien, magnetycznego ogrzewania/chłodzenia lub magnetycznie kontrolowanego
porządkowania nanocząstek we włóknach i związanej z tym odpowiedzi optycznej.
W ramach projektu zostaną wytworzone i zbadane takie kompozytowe inteligentne włókna
zawierające reagujące na bodźce nanowypełniacze, takie jak nanocząstki i nanopłytki. W
szczególności, wyniki naukowe projektu powinny utorować drogę do projektowania i
wytwarzania inteligentnych włókien biopolimerowych o wielu potencjalnych zastosowaniach,
w tym do produkcji czujników, uwalnianiu leków w reakcji na dany bodziec, bardziej wydajnym
i przyjaznym dla środowiska urządzeń chłodzących oraz wytwarzania siłowników
napędzanych magnetycznie.
