يعتمد مستقبلنا على المنتجات الذكية القائمة على الذكاء الاصطناعي، تستخدم الأصباغ لتلوين المنسوجات منذ العصور القديمة، ولكن في الوقت الحاضر مع التقدم المتنوع في التكنولوجيا وكذلك متطلبات المستهلكين، تنشأ الحاجة إلى الأصباغ الوظيفية والذكية، سنتحدث في هذا المقال عن تطوير المنسوجات الذكية والوظيفية.
ما هي الأصباغ الذكية Smart dyes
يمكن تسمية الأصباغ التي تضيف الخصائص الوظيفية والذكية إلى المنسوجات “بالأصباغ الوظيفية والذكية”، وتتوفر الأصباغ الوظيفية والذكية في شكل اصطناعي وطبيعي، يواصل الباحثون اكتشاف المصدر الطبيعي لهذه الأصباغ، حيث تتوفر الأصباغ الوظيفية مثل: الصبغة الواقية للأشعة فوق البنفسجية والصبغة المضادة للميكروبات والصبغة طاردة العثة، التي تم تطبيقها على المنسوجات.
تلعب الأصباغ الذكية مثل: الفوتوكروميك والحراري والكهروكرومي والسولفاتوكروميك وغيرها دور فعال في تطوير نسيج ذكي، ويمكنه تغيير لون قابل للانعكاس مما يؤدي إلى نقل خصائص مختلفة مثل: “التنظيم الحراري وخصائص (camouflage) في المنسوجات، وتقتصر الأصباغ الوظيفية بشكل عام على قطاع المنسوجات ولكن الأصباغ الذكية لا تقتصر عليه فقط، يمتد تطبيق الأصباغ الذكية أيضًا في مجالات مختلفة مثل: السيارات والروبوتات والطائرات والطب والجراحة وغيرها من المجالات.
تم استخدام الأصباغ في المنسوجات بشكل عام لغرض التلوين، ويوجد الآن لدى المستهلك خيارات ذكية عديدة، ويجب أن يكون المنتج ذكيًا وعمليًا لجذب المستهلك، وتعتبر المنسوجات الذكية والوظيفية جزءًا من المنسوجات التقنية، يمكن تصنيف الأصباغ على أنها أصباغ ذكية وأصباغ وظيفية على أساس توفر الذكاء القائم على الذكاء الاصطناعي بالإضافة إلى الوظائف للمنسوجات.
كيفية عمل الأصباغ الذكية
يمكن للأصباغ الذكية استشعار البيئة القريبة وإجراء التغييرات وفقًا لذلك، حيث تقوم الأصباغ الذكية بتغيير ألوانها بسبب المحفزات الخارجية المختلفة مثل: درجة الحموضة والضغط ودرجة الحرارة والمذيبات والرطوبة والكهرباء، يمكن أن تكون هذه التغييرات دائمة أو مؤقتة على أساس الحاجة، تعرف هذه الظاهرة باسم الكرومية (chromism)، وهناك أنواع مختلفة من الكرومية مثل:
- الكرومية الضوئية (التي يسببها ضوء الشمس أو الأشعة فوق البنفسجية).
- الكرومية الحرارية (الناجمة عن التغيرات في درجة الحرارة).
- كرومية سولفاتو (التي تسببها قطبية المذيب).
- الرطوبة (التي تسببها الرطوبة).
- الأيونوكرومية (التي تسببها الأيونات).
- الهالوكرومية (التي تسببها قيمة الأس الهيدروجيني).
- الكرومية الحمضية (التي تسببها الأحماض).
- الكيميائية (التي تسببها عوامل كيميائية محددة مثل الغازات الخطرة وغيرها من العوامل الكيميائية).
- الكهربية (المستحثة بالكهرباء).
- الانضغاطية (المستحثة بالضغط).
- الميكانيكية (الناجمة عن تشوه المواد).
وتعتمد الأصباغ الذكية على هذه الأنواع المختلفة من اللون، ويستخدم تطبيق الأصباغ الذكية بشكل عام في قطاع الأزياء والرياضة والدفاع والقطاع الطبي ذي الصلة وأيضًا تطبيق الأصباغ الذكية، يمكن أن يعمل النسيج البسيط كنسيج ذكي، ويمكنه أداء الوظائف المختلفة مثل: التمويه والتنظيم الحراري وغيرها من المجالات.
ما هي أنواع الأصباغ الذكية
1- الأصباغ الكهربائية
يعتمد هذا النوع من الأصباغ الكهروكرومية على اللون الكهربائي الذي تحدث فيه تغيرات عكسية في اللون بسبب الكهرباء من جانب (الاكتساب وفقدان الإلكترون)، تحدث هذه العملية بشكل عام مع بعض أكاسيد الفلزات الانتقالية التي توصل كلا من الكهرباء والأيونات، حيث يمكن المجال الكهربائي القوي أن يغير لون بعض الأصباغ، يمكن أيضًا تمديد تطبيق الأصباغ الكهروكرومية لتطوير ستارة نافذة ذكية التي تقوم بتصفية ضوء الشمس وفقًا لذلك، وبعض التطبيقات الذكية الأخرى مثل: عرض المعلومات أو لأغراض تمويه الأصباغ الكهروكرومية.
2- الأصباغ الحرارية
تسبب الأصباغ الحرارية في تغيرات عكسية في اللون داخل طيف امتصاص جزيء حراري، ويكون عادةً في نطاق الضوء المرئي، وتحدث هذه التغييرات الناتجة عن الحرارة، ويمكن أن تكون المواد الحرارية عبارة عن بوليمرات عضوية وغير عضوية و(sol-gels) في الطبيعة، ويتم استخدام نوعين فقط من النظام الحراري في المنسوجات: نوع الكريستال السائل ونوع إعادة الترتيب الجزيئي.
وتخلق أصباغ (leuco) العضوية أيضًا نظامًا حراريًا، باستخدام “الكبسلة الدقيقة”، تم إنشاء كبسولات دقيقة باستخدام صبغة عديمة اللون وسلائف ومطور ألوان، التي تذوب هذه المواد وتتصلب مع تطبيق الحرارة والبرودة، عند ذوبان هذه المواد يتغير لونها، بينما عند التصلب تعود إلى لونها الأصلي، وتستخدم في ملابس رجال الإطفاء في درجة الحرارة المرتفعة.
3- الأصباغ الفوتوكرومية
تتميز الأصباغ الفوتوكرومية “إزالة اللون” بتغير تركيبها الكيميائي بسبب الأشعة فوق البنفسجية ويمكنها إزالة اللون، يسمى إزالة اللون هذا “بالألوان الضوئية السلبية”، وتعد الأصباغ الفوتوكرومية غير قابلة للذوبان في الماء، وبالتالي لا يمكن تطبيقها على الصوف والقطن، ويمكن تطبيق الأصباغ الفوتوكرومية على ستائر النوافذ والواجهات، حيث يمكنك التحكم في ضوء الشمس، حيث الأصباغ الفوتوكرومية الحساسة للحرارة أيضًا فيمكنك استخدامها كمؤشر لدرجة الحرارة.
4- الأصباغ الكيميائية الكرومية
حيث يتغير لون الأصباغ الكيميائية الكرومية بسبب الاختلافات في درجة الحموضة، يمكن توسيع مجال تطبيق الأصباغ الكيميائية الكرومية إلى ضمادات المنسوجات الطبية.
