تصميم وصناعة ألياف نانوية ذاتية الترميم للمنسوجات الذكية القابلة للارتداء

أفادت وکالة آنا الإخباریة، هذا الإنجاز، المبني على دمج البولي يوريثان مع البلورات النانوية للسليلوز (CNC)، يُمكن أن يُحدث نقلة نوعية في قطاع المنسوجات الذكية القابلة للارتداء، حيث تمثّل هشاشة الألياف التقليدية أمام الضغوط الميكانيكية وعوامل الزمن أحد التحديات الأساسية لهذه الصناعة.

نتائج الاختبارات المخبرية أظهرت التجارب أن هذه الألياف لا تقوم فقط بترميم التشققات والخدوش السطحية في الأجهزة القابلة للارتداء، بل تحافظ كذلك على قوتها ومرونتها حتى بعد الخضوع لاختبارات قاسية.

وقد بيّنت النتائج أن إضافة نسبة 1% فقط من النانوسليلوز إلى البولي يوريثان رفعت من قابلية المطّ حتى حد الانكسار بنسبة 33.92%، كما زادت قوة الشد بنسبة 17.93%، دون أن تتأثر الخصائص الميكانيكية بعد اختبارات الإجهاد والتقدّم في العمر.

بل إن الخدوش السطحية على الألياف المحتوية على 1% من النانوسليلوز تم ترميمها بالكامل، مع زيادة في المرونة بنسبة 57.18% وفي قوة الشد بنسبة 128.02%. والمثير للاهتمام أنّ رفع نسبة النانوسليلوز إلى 5% عزّز أكثر من قدرات الترميم الذاتي، حيث سجّلت الألياف زيادة في المرونة بنسبة 155.72% وفي قوة الشد بنسبة 169.11% بعد الترميم.

كما أظهرت هذه الألياف المركبة أداءً حرارياً متفوقاً، مما يوسّع من نطاق استخدامها في البيئات القاسية. المحاكاة الحاسوبية والتطبيقات العملية اعتمد الباحثون على المحاكاة الديناميكية الجزيئية لفهم آلية التفاعل بين البولي يوريثان والنانوسليلوز، وتبيّن أن التركيبة التي تحتوي على 1% من النانوسليلوز تحقق أفضل توازن بين المرونة والمقاومة الميكانيكية عبر تعزيز الروابط الهيدروجينية بين السلاسل الجزيئية.

وعلى الصعيد التطبيقي، تمكّن الفريق من إنتاج الألياف الجديدة على شكل خيوط مطاطية مغلفة، ما يثبت قابلية دمجها مباشرة في الأقمشة والأجهزة الذكية القابلة للارتداء. وهذا يفتح الطريق أمام تطوير حساسات مرنة ومتينة قادرة على رصد الحركات والمؤشرات الحيوية دون فقدان الجودة.

الأبعاد الاقتصادية والبيئية يكتسب هذا الابتكار أهمية خاصة في ظل النمو المتسارع لسوق الأجهزة الذكية القابلة للارتداء، بدءاً من الأساور الصحية والملابس الرياضية الذكية وصولاً إلى التجهيزات الطبية. فالألياف النانوية ذاتية الترميم يمكن أن تسد الفجوة الحالية في ما يخص المتانة والأمان، وتساهم في تعزيز ثقة المستهلك وتوسيع السوق.

إضافةً إلى ذلك، يُعدّ استخدام النانوسليلوز مادةً متجددة وصديقة للبيئة بديلاً أخضر عن الإضافات الكيميائية التقليدية، وهو ما يتماشى مع توجهات الاقتصاد الدائري والتنمية المستدامة، ويخفض من التكلفة والأثر البيئي. آفاق مستقبلية يفتح هذا البحث المشترك بين جامعة شاهرود وشركائها الدوليين آفاقاً جديدة في تصميم وصناعة الألياف المتقدمة.

وتتميز هذه الألياف المركبة بخصائص تتماشى مع متطلبات صناعة المنسوجات الذكية المستقبلية، ما يمنحها قيمة اقتصادية وتطبيقية عالية. ومن المتوقع أن نشهد في المستقبل القريب إدماج هذه التقنية في خطوط الإنتاج الصناعي، بما يعزز من متانة وأمان المنتجات الذكية في الأسواق العالمية.