فناوری‌های فیبر نوری و فلورسانس در تولید لباس‌های نورانی

چکیده

عصر جدید شاهد ترکیبی جذاب از تکنولوژی و مد در عرصه لباس‌های نورانی با استفاده از فیبر نوری و فناوری فلورسنت است. این لباس‌ها با ترکیب فیبرهای نوری، فناوری فلورسنت و تکنولوژی‌های هوشمند، توانسته‌اند درخششی بی‌نظیر را به دنیای مد و فناوری آورده و توجه فراوانی را به خود جلب کنند. استفاده از فیبرهای نوری با امکانات فلورسنت، با ایجاد جذابیتی بصری و خیره‌کننده، این لباس‌ها را به یک پدیده مدرن و منحصر به فرد تبدیل کرده است. اما، جالب است که ترکیب این تکنولوژی‌ها با لباس‌های هوشمند نیز می‌تواند به آینده‌ای جدیدتر و کاربردهای گسترده‌تری در حوزه‌های ایمنی، بهداشت، و فراهم کردن امکانات جدید برای مصرف‌کنندگان منجر شود. این مقاله با تأکید بر نقش برجسته فیبر نوری و فناوری فلورسنت در توسعه لباس‌های نورانی، پتانسیل بالقوه این دو تکنولوژی در بهبود جذابیت و کاربرد لباس‌های مدرن را تأکید می‌کند و معرفی می‌کند که تلفیق این تکنولوژی‌ها با لباس‌های هوشمند می‌تواند به نوآوری‌های بیشتر و استفاده‌های گسترده‌تر در صنایع مختلف منجر شود.

 

کلمات کلیدی: منسوجات هوشمند، منسوجات الکترونیکی، فیبر نوری، فوتولومینانس، فلورسنت، فسفرسنت.

1. مقدمه

منسوجات و الیاف در طول هزاران سال با عملکرد اصلی گرم نگه داشتن مردم در حال توسعه بوده­اند. پس از آن، مردم شروع به دنباله­ روی از مد و زیبایی شناسی کردند. در نتیجه، هر دوره تاریخی ویژگی­های پارچه و پوشاک خاص خود را دارا بوده است.

نسل جدیدی از منسوجات هوشمند به تازگی همراه با پیشرفت در علم، فناوری و زمینه­ های بین رشته­ای ظهور کرده است. منسوجات هوشمند؛ سیستم­های هوشمند را قادر می­سازند تا مستقیماً روی بدن و منحنی انسان پوشیده شوند. با پیشرفت علم و فناوری الکترونیک در دهه‌های اخیر، چندین دستگاه میکروالکترونیک با منسوجات برای کاربردهای پوشیدنی ادغام شده‌اند، که به عملکردهای نظارت، ارتباط، درمان و سرگرمی و غیره مجهز هستند (شکل ۱) . کاوش­های مداوم در زمینه­ های فنی، بازار جدیدی را برای صنعت فناوری پوشیدنی ایجاد کرده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۱. دسته‌بندی لباس‌های هوشمند بر اساس ویژگی‌ها و کاربردهای آن­ها

لباس‌های هوشمند نورانی از انواع مختلفی از فناوری‌های نورانی استفاده می‌کنند، از جمله :

فیبر نوری (Optical Fiber) ، فسفروسنت و فلوروسنت (Phosphorescent, Fluorescence)، الیاف نوری (LED Fiber Optics)، الیاف نوری الکتروفسفوری . (Electroluminescent Fibers)

در دهه­ های اخیر، بر خلاف فیبرهای نوری سنتی که برای انتقال سیگنال استفاده می­شدند استفاده از فیبرهای نوری به­طور فزاینده­ای به فناوری­های پوشیدنی با طیف گسترده­ ای از عملکردها گسترش یافته است. با توجه به تقاضای مصرف­ کنندگان جوان و آگاه به مد برای پوشاک منحصر به­فرد، فیبرهای نوری با موفقیت در منسوجات برای روشنایی تعبیه شده ­اند ]۱۴[.

یکی از نمونه‌های لباس‌های هوشمند، پارچه نورانی است که از فناوری نانو برای ایجاد لباس‌هایی استفاده می‌کند که ساطع­ کننده نور هستند (Itankar et al., 2017) این لباس­ها با استفاده از مواد فوتولومینسانس مانند فسفر و رنگ­های فلورسنت که توانایی جذب انرژی نور و انتشار آن را به­ عنوان نور مرئی دارند، ساخته می شوند. ساختار لباس‌های سبک فوتولومینسانس هوشمند معمولاً از پارچه‌هایی بافته ­شده با الیاف ساطع نور یا کابل‌های نانو تشکیل شده است. البته اثرات بیولوژیکی بالقوه زیست­ محیطی و تأثیرات منفی بر سلامت انسان تا حدودی از جذابیت لباس­های نورانی کم می­کند ]۹[.

هدف اصلی این مقاله، بررسی و تحلیل جامع فناوری‌های فیبر نوری و فلورسانس در تولید لباس‌های نورانی در زمینه مد و سرگرمی است. این تحقیق ابتدا لباس­های الکترونیک هوشمند را به­عنوان اولین لباس­های نورانی بررسی کرده و سپس به توضیح اثرات این فناوری‌ها بر نوآوری، کیفیت تولید و کاربردهای فراگیر این لباس‌ها در صنعت مد و پوشاک می‌پردازد.

 

2. منسوجات الکترونیک

منسوجات الکترونیکی پارچه‌هایی هستند که امکان تعبیه قطعات الکترونیکی مانند باتری‌ها، چراغ‌ها، حسگرها و میکروکنترلرها را در آنها فراهم می‌کنند  ]۱۲[ (جدول ۱).

جدول ۱. سه نسل منسوجات الکترونیک

نسل اول	یک سنسور را به لباس متصل می­کند. این رویکرد در حال حاضر توسط برندهای پوشاک ورزشی مانند آدیداس، نایک و آندر آرمور اتخاذ شده است.
نسل دوم	حس­گر را در لباس جاسازی می­کنند، همان­طور که محصولات فعلی سامسونگ، آلفابت، رالف لورن و فلکس نشان داده اند.
نسل سوم	لباس حسگر است. تعداد فزاینده­ ای از شرکت­ها در حال ایجاد حسگرهای فشار، فشار و دما برای این منظور هستند.

 

حوزه منسوجات الکترونیکی را می­توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:

الف- منسوجات الکترونیکی با وسایل الکترونیکی کلاسیک مانند هادی­ها، مدارهای مجتمع، ال ای دی، OLED و باتری­های معمولی که در لباس­ها جاسازی شده­اند.

ب – منسوجات الکترونیکی با وسایل الکترونیکی که مستقیماً در بسترهای نساجی ادغام شده­اند. این می­تواند شامل الکترونیک غیرفعال مانند هادی­ ها و مقاومت­ها یا اجزای فعال مانند ترانزیستورها، دیودها و سلول­های خورشیدی باشد.

منسوجات الکترونیکی عمدتاً نخ، منسوجات و پارچه رسانا هستند در حالی که نیمی دیگر از تأمین­ کنندگان و تولیدکنندگان از پلیمرهای رسانا مانند پلی­استیلن و پلی­فنیلن وینیلن استفاده می کنند. کاوش های مداوم در این زمینه فنی، بازار جدیدی را برای صنعت فناوری پوشیدنی ایجاد کرده است. فرصت‌های زیادی نیز ایجاد شده است و هزاران مؤسسه و شرکت تحقیقاتی را برای توسعه فناوری‌ها و محصولات جدید، از جمله منسوجات هوشمند مبتنی بر فناوری فیبر نوری، جذب کرده است ]۷[.

3. فیبر نوری در منسوجات

در دهه های اخیر، استفاده از فیبرهای نوری به­طور فزاینده­ای به فناوری های پوشیدنی با طیف گسترده­ای از عملکردها گسترش یافته است. با توجه به تقاضای مصرف­کنندگان فیبرهای نوری با موفقیت در منسوجات برای روشنایی تعبیه شده­اند. بر خلاف فیبرهای نوری سنتی برای انتقال سیگنال (نور در داخل هسته منعکس می‌شود و نور در انتهای فیبر ساطع می‌شود) (شکل ۲ الف)، فیبرهای نوری برای پوشیدن لباس‌های روشن‌کننده پردازش می‌شوند. طور که در شکل  ۲ (ب) نشان داده شده است دارای سوراخ­های ریز در سمت جانبی هستند که از روکش تا هسته عبور می­کنند .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل۲.اصل انتشار نور جانبی:(الف)فیبر نوری سنتی.(ب)سوراخ شدن روکش.(ج)مارکرو خم شدن فیبر نوری.

سپس نشت نور رخ می­دهد زیرا نور در سوراخ ها پراکنده می­شود و در نتیجه باعث انتشار نور در سطح فیبر می­شود.

راه جایگزین دستیابی به انتشار نور با خمش ماکرو فیبر نوری است همانطور که در شکل ۲ (ج) نشان داده شده است که در آن زاویه انتشار نور α بیشتر از زاویه بحرانی[۱] αC است بنابراین بخشی از نور به بیرون از فیبر ساطع می­شود.

بنابراین، یک شبکه X-Y از فیبرهای نوری را می توان در یک ساختار بافته شده به عنوان صفحه نمایش پارچه ای به دست آورد. ماتریس نمایش به گونه­ ای طراحی شده است که منابع نوری مختلف توسط فیبرهای نوری تعبیه شده در هر واحد سطح طراحی شده به هم متصل می شوند.

این نمایشگر پارچه ای توسعه یافته ممکن است نه تنها در مد، بلکه در نمایش اطلاعات، ارتباطات و سرگرمی نیز پتانسیل بالایی داشته باشد ]۳[.

رنگ‌های پارچه‌های فیبر نوری درخشان طراحی‌شده را می‌توان تغییر داد زیرا رنگ اصلی نور ساطع شده در سوراخ‌های میکرو می‌تواند با رنگ نور هدایت‌شده تابش‌شده اضافه شده یا نور محیط بازتابیده شده مخلوط شود تا رنگ جدیدی ارائه شود.

۱.۳. تکنیک های ساخت پارچه برای فناوری فیبر نوری پوشیدنی

چندین تکنیک ساخت نساجی، مانند روش‌های بافندگی و روش‌های غیربافندگی را می‌توان برای تعبیه فناوری فیبر نوری در پارچه نساجی و ساختن نخ‌های پوشیدنی با فناوری فیبر نوری و نخ‌های پود به‌صورت یک به یک در یک ساختار بافته­شده در هم آمیخت.

در بیشتر موارد، فیبرهای نوری در حالت خم­نشده یا با زاویه خمش محدود در پارچه بافته می­شوند تا از عملکردهای انتقال و سنجش مؤثر اطمینان حاصل شود. الیاف نوری و نخ­های نساجی استاندارد معمولاً از طریق بافندگی دستی و با درهم آمیختن مطابق با قوانین طراحی (به­عنوان مثال، ساده، پارچه جناغی و ساتن) ساخته می­شوند.

علاوه بر این، فیبرهای نوری در طرح های ساختاری بافته­شده مختلف، خواص مکانیکی و حسی مختلفی دارند. به­عنوان مثال، وانگ و همکاران گزارش داد که خواص ساطع جانبی فیبرهای نوری در ساختارهای بافته شده ساتن به­ طور قابل توجهی بالاتر از ساختارهای بافته شده ساده و جناغی است.

علاوه بر این، خواص فیبر نوری نیز می­تواند بر عملکرد نهایی نساجی هوشمند تأثیر بگذارد. به­ عنوان مثال، فیبرهای نوری که معمولاً استفاده می شوند و به­صورت تجاری در دسترس هستند، دارای محدوده قطری از ۲۵۰ میکرومتر تا ۳۰۰۰ میکرومتر هستند. قطر نسبتاً بزرگتر فیبرهای نوری ممکن است باعث استحکام بالای منسوجات هوشمند شود، در عین حال قطر نسبتاً کوچک­تر باعث شدت نور کم و مقاومت برشی کم می شود.

۲.۳­­­­. عملکرد منسوجات فیبر نوری

عملکرد این منسوجات را می­توان به سه دسته عمده تقسیم کرد: ۱. اهداف مد و زیبایی ۲. درمان بیماری ۳. نظارت بر مراقبت­های بهداشتی

منسوجات هوشمند امکان پوشیدن فناوری فیبر نوری را فراهم می­کنند. چنین پارچه­ هایی راحتی، انعطاف­پذیری، قابلیت استفاده و دقّت دستگاه­ های مربوطه را به­ شدت بهبود می­بخشند و آنها را کاربرپسند می­کند ]۴[.

4. لباس­های هوشمند نورانی فتولومینانس

لومینسانس عبارت است از هرگونه گسیل نور (امواج الکترومغناطیسی) از ماده­ای که از گرما ایجاد نمی­شود. این تعریف، لومینسانس را از تابش متمایز می­کند که انتشار نور به­ دلیل دمای بالا یک ماده، مانند اخگر داغ درخشان است. کلمه لومینسانس از کلمه لاتین lumen برای نور، و لاتین escentia به­ معنای “فرایند” گرفته شده است و از این رو فرآیند انتشار نور است ]۲[.

انواع مختلفی از لومینسانس وجود دارد که می توان آنها را بر اساس منبع انرژی که فرآیند لومینسانس را آغاز می کند طبقه بندی کرد. نمای کلی انواع مختلف لومینسانس و منابع انرژی آنها در شکل ۳ نشان داده شده است ]۳[.

اساس تکنیک طیف‌سنجی غیرمخرب قدرتمند، طیف‌سنجی فوتولومینسانس است که به­طور گسترده در دانشگاه و صنعت استفاده می‌شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۳. انواع لومیناس بر اساس منبع انرژی

۱.۴. فوتولومینسانس

فوتولومینسانس گسیل نور از یک ماده به­ دنبال جذب نور است. این کلمه ترکیبی از کلمه لاتین luminescence  و پیشوند یونانی photo- برای نور است. هر لومینسانسی که در اثر جذب فوتون­ها ایجاد شود، فوتولومینسانس نامیده می شود. این می تواند به­همان اندازه انتشار نور از یک مولکول رنگ آلی در محلول، یا نوترکیب نواری به باند الکترون­ها و حفره­ ها به ­دنبال تحریک نوری یک نیمه­هادی باشد. توصیف هر گسیل نور ناشی از جذب فوتون به عنوان نورتابی دقیق است. با این حال، به ­ویژه توسط شیمیدانان، تقسیم بیشتر نورتابی به فلورسانس و فسفرسانس معمول است.

پارچه­ های هوشمند با نانوذرات فوتولومینسانس تعبیه­شده نوعی از مواد نساجی پیشرفته هستند که می­توانند در معرض محرک­های خاصی مانند نور UV نور ساطع کنند. این نانوذرات معمولاً در داخل الیاف پارچه جاسازی می‌شوند و می‌توانند برای کاربردهای مختلفی از جمله فناوری پوشیدنی، تجهیزات ایمنی و منسوجات تزئینی استفاده شوند ]۴[ .

با رشد روزافزون سبک زندگی و درآمد قابل مصرف مصرف‌کنندگان امروزی، بازار برای رشد کاربردهایی مانند رنگ، پوشش، چاپ، برچسب‌های وینیل و گاهی اوقات حتی در مواد پلیمری آماده شده است.  محیط­های مختلف کاربرد، ظرفیت بی­اندازه رشد رنگدانه­های فوتولومینسانس را در منطقه کاربرد نساجی امکان­پذیر می­کند. همچنین پیش‌بینی می‌شود افزایش تقاضا از سوی صنایع ساختمانی و خودروسازی باعث رشد بازار شود.

 

۲.۴. کاربردهای رنگدانه­های فوتولومینسانس در منسوجات

کاربردهای رنگدانه­ های فوتولومینسانس در منسوجات عبارتند از:

نوارها و نخ­ها: برای نشانگرها و علائم در کالاهای مصرفی،تزئینات،ارتباطات، حمل و نقل، تاسیسات نظامی و سیستم­های اضطراری آتش­نشانی استفاده می­شود.

رنگدانه­ها و پوشش­ها: به­عنوان مواد افزودنی با رسانه­های شفاف مانند جوهر چاپ، رنگ، پلاستیک، خمیر چاپ، سرامیک، ظروف شیشه­ای و نخ مخلوط می­شوند تا رسانه ها در تاریکی بدرخشند.

نوارها: ویژگی­های برجسته درخشندگی و ظاهر دلپذیر، به­ویژه در لباس­های ایمنی و پارچه­های مبلمان.

رنگ‌ها: ایجاد درخشندگی به اجناس با ظاهر خوب با هزینه نسبتاً کم، چسبندگی به مواد مختلف مانند منسوجات، فلز، سنگ، شیشه، پلاستیک، بتن، چوب و آسفالت.

الیاف: برای ایجاد درخشندگی به مواد الیافی استفاده می­شود که در دوپ پلیمری[۲] رشته­ها و الیاف ساخته شده توسط انسان گنجانده شده است.

تجهیزات ایمنی: برای سیستم‌های راهنمایی ایمنی، اعلان‌های خطر و دستگاه‌های ایمنی، از جمله جلیقه‌های ایمنی خودنور استفاده می‌شود.

زیبایی­شناسی: آزمایش محدود در زمینه پارچه­ های با تکنولوژی بالا و تزئینات سطح، با پتانسیل برای استفاده در روشنایی محیط بدون نیروی الکتریکی اضافی در محیط­های شبانه ]۱۳[.

۳.۴. فلورسانس و فسفرسانس

تعاریف مختلفی از فلورسانس و فسفرسانس وجود دارد که ساده‌ترین آنها این است که فلورسانس نورتابی فوری است که در مدت کوتاهی پس از برانگیختگی نوری یک ماده رخ می‌دهد، در حالی که فسفرسانس نورتابی طولانی‌مدتی است که مدت‌ها پس از پایان فتوتحرک ادامه می‌یابد. فلورسانس و فسفرسانس را می توان به ­عنوان فوتولومینسانس تعریف کرد که در آن انتقال تابشی به تغییر در تعدد اسپین نیاز ندارد و فوتولومینسانس که در آن انتقال تابشی شامل تغییر در تعدد اسپین است.

فلورسانس و فسفرسانس بیشتر برای اشاره به نورتابی از سیستم های مولکولی استفاده می­شود. الکترون‌ها در مولکول‌های پایدار همیشه به ­صورت جفت وجود دارند، زیرا مولکول‌های دارای الکترون‌های جفت‌نشده بسیار واکنش‌پذیر و ناپایدار هستند. الکترون‌ها دارای یک تکانه زاویه‌ای^[۳] ذاتی هستند که به­ نام «اسپین» شناخته می‌شود و یک جفت الکترون می‌توانند بسته به تقارن نسبی اسپین‌های دو الکترون در یکی از دو حالت اسپین کل وجود داشته باشند. اگر دو اسپین در یک پیکربندی ضدمتقارن باشند، جفت الکترون دارای اسپین کل صفر است (S = 0) در حالی که اگر در یک پیکربندی متقارن باشند، جفت دارای اسپین کل یک است (S = 1). همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است یک ترکیب از حالت­های جفت اسپین الکترون وجود دارد که ضدمتقارن است و سه ترکیب از حالت­های جفت اسپین که متقارن هستند و حالت های S = 0 و S = 1 به­ترتیب منفرد و سه ­گانه نامیده می­شوند ]۹[.

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۴: منشأ حالت­های تک و سه ­گانه

هنگامی که یک فوتون توسط مولکول جذب می­شود، یکی از الکترون­ها به سطح انرژی بالاتری ارتقا می­یابد و مولکول اکنون در حالت برانگیخته است. حالت پایه یک مولکول (تقریباً) همیشه یک حالت منفرد (S0) است و به­دلیل حفظ تکانه زاویه ای حالت برانگیخته با نور نیز باید یک تک (S1) باشد. همان­طور که در نمودار جابلونسکی[۴] زیر نشان داده شده است. واپاشی حالت S1 به S0 یک انتقال مجاز است (زیرا هر دو حالت دارای تعدد اسپین یکسان هستند) که منجر به فوتولومینسانس فوری می­شود که در مقیاس زمانی پیکوثانیه[۵] تا نانوثانیه[۶] رخ می­دهد و فلورسانس نامیده می­شود ]۹[.

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۵: نمودار Jablonski از فرآیندهای فلورسانس و فسفرسانس و ثابت سرعت معمولی آنها

از طرف دیگر، مولکول ممکن است تحت تلاقی بین سیستمی (ISC) به­حالت سه­گانه برانگیخته (T1) قرار گیرد  ISC . معمولاً در مولکول‌هایی با درجه بالایی از جفت­شدن مداری اسپین، جفت­شدن تکانه زاویه‌ای مداری و تکانه زاویه‌ای اسپین الکترون، که امکان تبدیل بین حالت‌های منفرد و سه‌گانه را فراهم می‌کند، رخ می‌دهد. قدرت جفت شدن مدار اسپین با جرم اتم افزایش می‌یابد و بنابراین مولکول‌های فسفری باید حاوی فلزات سنگینی مانند یوروپیوم و ایریدیوم باشند. واپاشی حالت T1 به S0 یک انتقال ممنوع است زیرا حالت‌ها به­دلیل حفظ تکانه زاویه‌ای، کثرت اسپین متفاوتی دارند. با این حال، جفت چرخشی مدار این محدودیت را کاهش می­دهد و انتقال تابشی از T1 به S1 امکان­پذیر می­شود. از آنجایی که “ممنوع” است، فوتولومینسانس حاصل از انتقال T1 به S0 در مقیاس زمانی بسیار کندتر، از میکروثانیه تا هزاران ثانیه رخ می­دهد و فسفرسانس نامیده می­شود ]۹[.

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۶: (الف) واپاشی فلورسانس محلول

۹-آمینوآکریدین که طول عمر ۱۶ نانو ثانیه دارد و (ب) واپاشی فسفرسانس محلول Eu2O3 که طول عمر ۱۲۰ میکرو ثانیه دارد. با استفاده از طیف سنج فوتولومینسانس FLS1000 اندازه­گیری شد ]۱۰[.

۴.۴. فلورسنت

پدیده طبیعی و شگفت‌انگیز فلورسانس بر این مفهوم استوار است که مواد خاصی می‌توانند نور با طول موج خاص (فرابنفش) را جذب کنند و سپس نوری با طول موج دیگر (مرئی) آزاد کنند. به یک مولکول فلوروفور گفته می شود که نور را در یک طول موج فلورسانس جذب کند و در طول موج دیگری آن را ساطع کند.

۱.۴.۴. مواد فلورسنت معدنی و آلی

 مواد فلورسانت معدنی: این نوع مواد فلورسانت از کانی‌ها و مواد معدنی به­ دست می‌آیند که دارای خاصیت فلورسانس هستند.

برخی از معروف‌ترین مواد فلورسانت معدنی عبارتند از:

فلوریت: یک کانی کلسیم و فلزات دیگر که معمولاً به­صورت بنفش، آبی و سبز رنگ فلورسانس نشان می‌دهد.

کلسیت: کانی دیگری که به­صورت نارنجی، قرمز یا زرد رنگ فلورسانس نشان می‌دهد.

سودالیت: یک کانی سیلیکاتی که فلورسانس آن به رنگ آبی یا زرد اندازه‌گیری می‌شود.

مواد فلورسانت آلی: این نوع مواد فلورسانت اغلب از ترکیبات آلی (حاوی کربن) تشکیل شده‌اند. برخی از این مواد فلورسانت می‌توانند از ترکیبات مختلفی مانند فلوئورفور (fluorophore) استخراج شوند. این ترکیبات می‌توانند در تحقیقات علمی، داروسازی، و تولید پارچه‌های فلورسانت به­کار روند.

تفاوت اصلی میان مواد فلورسانت معدنی و آلی از نظر ساختار شیمیایی و منشأشان است. مواد فلورسانت معدنی از معادن و کانی‌ها استخراج می‌شوند، در حالی که مواد فلورسانت آلی از ترکیبات شیمیایی ساخته می‌شوند که خاصیت فلورسانس دارند.

رنگ­های فلورسنت آلی در مقایسه با مواد غیرارگانیک ساختارهای ساده­ای برای اصلاح دارند و می­توانند با الیاف واکنش دهند تا یکنواختی و راحتی حسی را بهبود بخشند. با این حال، در مقایسه با نقاط کوانتومی، آنها طول عمر فلورسانس کمتری دارند و نور سفید شدن (فوتوبلیچینگ) قابل­توجهی را نشان می­دهند ]۱۳[.

 

۲.۴.۴. فوتوبلیچینگ

منسوجات فلورسنت می­توانند تحت فوتوبلیچینگ قرار گیرند، که به محو شدن یا از دست دادن فلورسانس در طول زمان هنگام قرار گرفتن در معرض نور اشاره دارد. فتوبلینگ می­تواند در منسوجات حاوی عوامل فلورسنت مانند دندریمرها، ترکیبات فلزات خاکی نادر و رنگ­های فلورسنت رخ دهد. با این­حال، استفاده از رنگدانه­ های فوتولومینسانس در پارچه­های نساجی می­تواند پایداری و شدت ویژگی­های فلورسنت را افزایش دهد. محصولات نساجی فلورسنت موجود در بازار، به ویژه آنهایی که از الیاف پلی استر ساخته شده­ اند، هنگام روشن شدن با نورUV، انتشار نور شدیدی را نشان می­دهند، که منجر به افزایش ظاهر رنگ و حفاظت از اشعه ماوراء بنفش می­شود ]۱۱[.

 

۳.۴.۴. دو نوع اصلی رنگ­های فلورسنت

الف- رنگدانه ­ها و رنگ­های فلورسنت قابل­مشاهده

رنگدانه‌ها و رنگ‌های فلورسنت مرئی، رنگ‌های قابل­ مشاهده هستند که با تحریک نور روشن‌تر می‌شوند. این رنگ‌ها معمولاً به‌عنوان رنگ‌های فلورسنت نور روز شناخته می‌شوند و رنگ مرئی منعکس ­شده توسط مواد را تقویت می‌کنند تا درخشندگی شدید ایجاد کنند. ویژگی اصلی مواد فلورسنت نور روز، دید بسیار بالای آنها و توانایی آنها در جلب توجه است. این ویژگی آنها را برای موارد زیر ایده­آل می­کند: تبلیغات، ایمنی جاده، لباس­های محافظ، تئاتر/هنرهای نمایشی، محصولات مصرفی (اسباب­بازی، رنگ، خودکار برجسته، برچسب و برچسب).

ب- رنگدانه ­ها و رنگ­های فلورسنت نامرئی

رنگدانه‌ها و رنگ‌های فلورسنت نامرئی، رنگ‌هایی هستند که در زیر نور سفید استاندارد، رنگ قابل رویت کمی دارند یا اصلاً قابل مشاهده نیستند. این ماده تنها زمانی که توسط نوری با طول موج کوتاه‌تر، مانند نور ماوراء بنفش نامرئی (UV) برانگیخته می‌شود، رنگ مرئی ساطع می‌کند. رنگ فقط تا زمانی که تحریک حفظ شود قابل مشاهده است. هنگامی که از نور تحریک خارج می­شود، مواد دیگر تولید رنگ قابل مشاهده را متوقف می­کنند.

علاوه بر این، برخی از مواد بسته به­طول موج خاص نور ماوراء­بنفش، رنگ­های مختلفی از خود ساطع می­کنند. این ویژگی رنگدانه‌ها و رنگ‌های فلورسنت نامرئی را برای کاربردهایی که نیاز به ویژگی‌های پنهان یا مخفی دارند، ایده‌آل می‌سازد.

کاربرد رنگ‌های فلورسنت در زمینه‌های مختلف متفاوت است. اخیراً استفاده از رنگ­های فلورسنت در تشخیص پزشکی و بیوشیمیایی در تحقیقات به­شدت توسعه یافته است. از رنگ­های فلورسنت نیز برای ساخت لیزرها استفاده شده است. سلول­های فوتوالکتریک و باتری­های خورشیدی.

استفاده از رنگ­های فلورسنت در کنترل جریان متوسط و همچنین برای آزمایش عیوب مواد و آسیب تجهیزات، سال­هاست که به­خوبی شناخته شده است. اما یکی از زمینه­های کاربردی اصلی که در آن رنگ­های فلورسنت از دیرباز مورد استفاده قرار می­گرفته است، برای رنگرزی مواد مسطح، به­ویژه منسوجات است. استفاده از رنگ‌های فلورسنت باعث افزایش قابل توجه درخشندگی رنگ می‌شود که باعث می‌شود مواد رنگ‌شده راحت‌تر قابل درک باشند یا به‌طور دقیق‌تر، دید را افزایش دهند ]۵[.

 

۴.۴.۴. منسوجات هوشمند فلورسنت

کاربرد رنگ های فلورسنت زمینه­های مختلفی را در بر می­گیرد. اخیراً استفاده از رنگ­های فلورسنت در تحقیقات بیوشیمیایی و تشخیص­های پزشکی پیشرفت بزرگی داشته است. رنگ­های فلورسنت نیز در ساخت لیزر، سلول­های فوتوالکتریک و باتری­های خورشیدی استفاده شده است. به­عنوان مثال، رنگ­های کلاس فلورسین به­صورت تجاری در دسترس هستند و به ­عنوان افزودنی­های رنگی در مواد غذایی، لوازم آرایشی و داروها استفاده می­شوند. برای مصارف ایمنی در زمینه‌های دیگر، امریکن تایر دارای پتنت‌هایی است که مربوط به تولید لاستیک‌های دوچرخه است که در رنگ فلورسنت زرد موجود است که در شب با چراغ‌های جلو از فاصله حدوداً چند فوتی قابل مشاهده است. همچنین، رنگ‌های فلورسنت در رنگ‌آمیزی پلاستیک‌ها، در جوهرهای حلال برای چاپ بسته‌بندی، در موم‌ها و پولیش‌ها، در تشخیص عیوب فلزات، شیشه، سرامیک و پلاستیک استفاده می‌شد. اما رنگ­های فلورسنت از دیرباز عمدتاً برای رنگرزی مواد مسطح به­ویژه منسوجات استفاده می شده است. استفاده از رنگ­های فلورسنت باعث افزایش قابل توجه روشنایی رنگ می­شود که باعث می­شود مواد رنگ­شده به­ راحتی قابل درک یا با دقت بیشتری قابل مشاهده باشند ]۴[.

در زمینه نساجی، کاربرد اصلی رنگ­های فلورسنت در رنگ آمیزی الیاف مصنوعی، به­ویژه پلی­استر، پلی­آمید و اکریلیک در ارتباط با الیاف الاستین، برای مصارف مد، اوقات فراغت، پوشاک ورزشی و به­ویژه ایمنی است. در صنعت، بسیاری از مواد نساجی با مخلوطی از رنگ­ها؛ رنگ می­شوند تا به تکرارپذیری دقیق رنگ مورد نیاز دست یابند. استفاده از دو یا سه رنگ فلورسنت با خواص غیریکسان می­تواند بر جذب رنگ و دید بالا تأثیر بگذارد.

بخش بزرگی از این رنگ­ها عوامل آلاینده هستند که نگرانی­های زیست­محیطی رنگرزی منسوجات را افزایش می­دهد ]۱۲[.

 

۵.۴.۴. تاریخچه رنگدانه­ ها و رنگ­های فلورسنت

توسعه رنگدانه و رنگ فلورسنت در اواخر قرن نوزدهم آغاز شد. در سال ۱۸۷۱، آدولف فون بایر اولین رنگدانه فلوروفور مصنوعی را از انیدرید فتالیک و رزورسینول تولید کرد. در سال ۱۹۳۴ در طول جنگ جهانی دوم، محصولات فلورسنت توسط ارتش برای اهداف مختلف سیگنال بصری استفاده شد. نقطه عطفی در سال ۱۹۵۷ با ثبت اختراع برای تولید رنگدانه­های فلورسنت نور روز با ترکیب رنگ­های فلورسنت با کلاس جدیدی از پلیمرها برای فناوری­های چاپ به­وجود آمد. در دهه ۱۹۷۰ پارچه‌ها و لباس‌های فلورسانت به­شدت در صنعت مد جا افتادند. این لباس‌ها اغلب در شرایط نوری کمتر (مانند مهمانی‌های نورپردازی شده) جلب توجه می‌کردند. از قرن بیستم تا امروز، مواد و روش‌ها به گونه‌ای تکامل یافته‌اند که مجموعه وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی را شامل می‌شوند. از جمله این تغییرات می‌توان به استفاده از نانوذرات فلورسانت در ساختار پارچه‌ها اشاره کرد که امکانات جدیدی برای نمایش اطلاعات یا ردیابی در برخی پارچه‌ها فراهم کرد ]۱۱[.

امروزه، پارچه‌های فلورسانت همچنان در صنعت مد و لباس‌پوشانی استفاده می‌شوند و به­ دلیل خصوصیات جذابشان همچنان مورد توجه قرار دارند.

در زیر جدول زمانی کوتاهی از افراد و رویدادهای مهم در تاریخ رنگدانه­ ها و رنگ­های فلورسنت آورده شده است:

جدول ۲. رویدادهای مهم در تاریخ رنگدانه­ ها و رنگ­های فلورسنت

سال	رویداد
۱۸۰۱	جان ویلیام رایتر نور التراویولت را کشف کرد.
۱۸۵۲	جورج گابریل استوکس مقاله معروفی در مورد تغییر طول موج نور نوشت. در این مقاله، او پدیده فلورسانس را تشریح کرد و همچنین فلورسانس طبیعی را در مواد معدنی کشف کرد. استوکس لاو و استوکشیفت به نام نامگذاری شدند. قانون استوکس بیان می­کند که گسیل فلورسانس در طول موجی طولانی­تر از نور فرودی رخ می­دهد. شیفت استوکس یک مفهوم مهم در طیف­سنجی فلورسانس است.
۱۸۵۶	ارغوانی از انیلین، مشتق قطران زغال سنگ ساخته شد.
۱۸۷۱	ادولف فون بایر یک شیمیدان آلمانی بود که اولین فلورفور مصنوعی را تولید کرد. بایر نام این ترکیب را رزورسینفتالین گذاشت. امروزه این ماده شیمیایی با نام فلورسین شناخته می­شود.
۱۸۸۷	موریکا گرسول، یک شیمیدان صنعتی، با موفقیت دسته جدیدی از رنگ­های بسیار فلورسنت را با طیف های قرمز منتشر کرد. نام آنها را رودامین گذاشت.
۱۹۴۱	البرت کونز و همکارانش اولین کسانی بودند که روشی را برای تجسم پروتیین­ها در بافت حیوانی با کونژوگه کردن آنتی­بادی­ها به فلورسین ابداع کردند، روشی که امروزه به­نام ایمونوفلورسانس می­شناسیم.
۱۹۳۰-۱۹۵۰	جوزف و رابرت سویتزر به­خاطر اختراع رنگ­سیاه لایت در دهه ۳۰ و بعدها رنگ­های فلورسنت نور روز را توسعه دادند. آنها شرکت برادران سویس را تأسیس کردند.
۱۹۹۰-۲۰۰۰	الن واگونر شیمیدانی بود که رنگ­های مبتنی بر سیانین را سنتز و ثبت اختراع کرد که پایدار، محلول در اب و غیرسیتوکسیک برای تحقیقات زیست­پزشکی هستند.

 

۶.۴.۴. روش­های توسعه پارچه­ های فلورسنت

پارچه­ های فلورسنت را می­توان با استفاده از روش­های مختلف توسعه داد.

غوطه ­ور کردن در محلول حاوی عوامل فلورسنت: یک روش ایجاد فلورسانس در پارچه‌های هوشمند، استفاده از مولکول‌های فلورسانت است که به­طور مستقیم از طریق غوطه­ور کردن پارچه در محلول حاوی عوامل فلورسنت  به فیبرهای پارچه اضافه می‌شوند. این مولکول‌ها معمولاً توانایی جذب نور در یک طول موج خاص را دارند، مثلاً نور فرابنفش را جذب کرده و آن را به­صورت نور قابل مشاهده با خروجی بیشتری بازتاب می‌دهند.

۲– فرایند اصلاح شیمیایی چندگانه: یک فرایند اصلاح شیمیایی چندگانه نیز می­تواند مورد استفاده قرار گیرد، که در آن گروه­های استواستیل بر روی سطح پارچه وارد می­شوند و به­دنبال آن حلقه­های فلورسنت و ترکیبات آبگریز به الیاف اصلاح­شده پیوند می­یابد.

۳– افزودن نانوذرات فلورسانت: در یک روش دیگر، نانوذرات فلورسانت نیز می‌توانند به پارچه افزوده شوند. این نانوذرات معمولاً از موادی مانند نانوکریستال‌های نیمه‌رساناهای کوانتومی ساخته شده‌اند که خصوصیات فلورسانسی قوی دارند. آنها هنگامی که به نور فرابنفش تابیده می‌شوند، نور با طول موج بلندتری را به دور از نور مورد تابش تبدیل می‌کنند که ممکن است به­صورت رنگارنگ و مشخص قابل مشاهده باشد.

۴- واکنش­های استریفیکاسیون: روش دیگر ثابت کردن رنگ­های فلورسنت به­صورت کووالانسی بر روی پارچه با استفاده از واکنش­های استریفیکاسیون است.

به­طور کلی پارچه ­های فلورسنت را می­توان با استفاده از ترکیبات فلزی خاکی کمیاب، رنگدانه­ ها، مولکول­های انتشار ناشی از تجمع (AIE)، دندریمرها و رنگ­های فلورسنت طراحی کرد. این روش­ها امکان تولید پارچه­ های فلورسنت با پایداری، شدت و خواص آبگریز بهبود یافته را فراهم می­کند و آنها را برای کاربردهای در منسوجات کاربردی، اقدا­مات ضدتقلبی و فعالیت­های ورزشی در فضای باز مناسب می­کند ]۱۲[.

۷.۴.۴. رنگ های فلورسنت در منسوجات

رنگ­های فلورسنت معمولاً دارای چشمگیری بالا و خصوصیت نورانی منحصر به­فرد هستند. برخی از معروف‌ترین رنگ‌های فلورسنت عبارتند از: نارنجی فلورسنت (Fluorescent Orange)زرد فلورسنت (Fluorescent Yellow) صورتی فلورسنت (Fluorescent Pink) سبز فلورسنت (Fluorescent Green)آبی فلورسنت (Fluorescent Blue)قرمز فلورسنت (Fluorescent Red) ]16[

رنگ­های فلورسنت رایج کومارین­ها، نفتالیمیدها، پریلن­ها و رودامین­ها هستند. نمونه ­هایی از رنگ­های فلورسنت رایج مورداستفاده برای انتقال فلورسانس به بستر نساجی در جدول نشان داده شده است ]۴[.

جدول ۱. رنگ­های فلورسنت رایج و بسترهای پارچه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

چندین فرایند برای ایجاد پارچه­ای با عملکرد دلخواه مورد نیاز است. برای دستیابی به ظرفیت  جاذب از عوامل اندازه­گیری استفاده می­شد، در حالی­که از عوامل اکسیدکننده برای به­دست آوردن استحکام، جذب رنگ و روشنایی و رنگ­ها برای دستیابی به رنگ­های خاص استفاده می­شد. این عملیات با استفاده از تکنیک­های سنتی خشک کردن پد انجام می­شد که به­مقادیر زیادی انرژی و آب نیاز داشت که معمولاً به­عنوان پساب آزاد می­شد. با این­حال، بخش بزرگی از این گونه­ها عوامل آلاینده هستند که نگرانی­های زیست­محیطی رنگرزی منسوجات را افزایش می­دهد. رنگ­ها و همچنین پلیمرها به آسانی  تجزیه نمی­شوند و به مقدار بیشتری اکسیژن برای تجزیه توسط میکروارگانیسم­ها در تجزیه هوازی نیاز دارند یعنی افزایش تقاضای اکسیژن بیوشیمیاییBOD) ) در نتیجه، رنگ­های مصنوعی، مواد شیمیایی برای کمک به فرآیند رنگرزی که رنگدانه­های رنگارنگ زیبایی تولید می­کنند، و روشن­کننده­های فلورسنت، یک چالش زیست­محیطی برای حفظ اکوسیستم ایجاد می­کنند. پاپسکو و همکاران (۲۰۱۹)، با فناوری مایکروویو (MW) و رنگ طبیعی (کورکومین) از طریق یک فرایند پایدار اقدام به فلوروسنت کردن پارچه­های اکریلیک نمودند. این لباس­ها علاوه بر راحتی و مقاومت حرارتی بالا به­دلیل رنگشان برای جوانان و کودکان جذاب بودند. رنگ کورکومین با استفاده از مواد شیمیایی از زردچوبه استخراج می شود، که این روش توانست مقدار مواد شیمیایی را کاهش داده و توزیع رنگ یکنواخت روی سطح پارچه و فلورسانس بالاتر پارچه­های رنگ شده را بدست دهد ]۱ [.

تا سال ۲۰۰۱ تصور می شد که تجمع، انتشار نور را خاموش می­کند ولی جینگ دونگ و همکاران در آزمایشی مجموعه‌ای از مولکول‌ها، یعنی سیلانول‌ها، با ساختارهای شیمیایی رسم‌شده خطی که به نظر می‌رسد مزدوج هستند، کشف کردند که در محلول غیر درخشان هستند، اما به­شکل تجمعی منتشر می‌شوند. آنها ثابت کردند که انتشار نور توسط تجمع القا می­شود. این تجمع، راندمان انتشار را به­اندازه دو مرتبه بزرگی (۳۳۳ برابر) افزایش دادند.

این پدیده جدید “انتشار ناشی از تجمع” ( (AIE نام گرفت. تترافنیل اتیلن ((TPE تری­فنیل آمین ((TPA بور دی پیرومتن (BODIPY)، پیرن، کاربازول، فلورن، یا فنوتیازین از جمله رایج­ترین ترکیباتی هستند که خواص AIE را نشان می دهند. همچنین به عنوان“AIEgens”  لومینوژن[۷] های انتشار ناشی از تجمع شناخته می­شوند ]۱۵[.

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۲. ساختار برخی از AIEgensهای رایج

 

ماهیت کروموفور را می­توان با قرار دادن گروه­های غیر اشباع مانند پیوند الفین یا حلقه بنزن تغییر داد.

۸.۴.۴. اهمیت منسوجات فلورسنت

فلورسانس در منسوجات می­تواند فرصت­های جدیدی را برای نوآوری (به­عنوان مثال، نمایشگرهای تصویر الکترونیکی مبتنی بر پارچه، بارکدهای امنیتی، حسگرها)، ایمنی انسان در ورزش­های فضای باز و خدمات ویژه در نیروهای مسلح (آتش نشانان، افسران پلیس و سربازان)، مد، و روندها ایجاد کنند. برای ورزش در فضای باز در شرایط دید کم، تجهیزات فنی با ویژگی­های پاسخگو به نور برای ایمنی ورزشکاران بسیار مهم است.

منسوجات رنگرزی­شده با مواد رنگزای فلورسنت از لحاظ ظاهری محسوس­تر می­شوند و روشنایی رنگی آنها افزایش قابل­توجهی می­یابد مزیت­های کالاهای رنگرزی­شده با مواد رنگزا فلورسنتی سبب کاربرد آنها در تهیه تبلیغات رنگی، علایم ترافیکی و جاده­ای، و حتی لباس پلیس شد.

عدم وجود سیگنال توسط کاربران و دید برای خودروها یکی از دلایل اصلی تصادفات با درگیری عابر پیاده است. بسیاری از کشورها بر وضع قوانینی متمرکز شده­اند که به پوشاک هشدار برای عموم و مسافران آسیب­پذیر نیاز دارند. در اروپا، دو استاندارد برای لباس دید ((EN ISO 20471:2013 و EN 1150))، و یک استاندارد برای لوازم جانبی (EN 13356) به­عنوان استانداردهای هماهنگ اروپایی صادرشده است. این استاندارد الزامات منسوجات رنگ‌شده با رنگ‌های فلورسنت را توضیح می‌دهد که برای تولید لباس‌های هشدار دهنده با دید بالا طراحی شده‌اند. هر دو استاندارد، دید لباس را هم در نور روز (از طریق پارچه فلورسنت) و هم در نور کم یا تاریکی (از طریق مواد بازتابنده) ارتقا می‌دهند. محصولات تقلبی معمولاً به­دلیل قیمت پایین در مقایسه با محصولات اصلی توجه مردم را به خود جلب می­کنند. با این حال، تقلیدها کیفیت پایینی دارند و در بیشتر موارد از مواد خطرناک و مضر ساخته می­شوند ]۱[.

5. فسفرسانس

فسفرسانس شکل دقیقی از فوتولومینسانس است که با فلورسانس مرتبط است. این فرآیندی است که در آن انرژی نسبتاً کندتر به شکل نورUV آزاد می­شود. بی شباهت به فلورسانس، یک ماده فسفرسنت فورا انتشاری را که جذب می­کند دوباره منتشر نمی­کند. این مواد تمایل دارند انرژی را برای مدت زمان بیشتری ذخیره کنند، زیرا روش های مورد نیاز برای انتشار مجدد نور کمتر اتفاق می­افتد.

رنگ‌های فسفری طیف گسترده‌ای از رنگدانه‌ها و کروما را ارائه می‌کنند که در معرض فرکانس‌های فرابنفش موج بلند ((UV نیز می‌درخشند.

۱.۵. منسوجات فسفری: به آن دسته از منسوجات اطلاق می­شود که رنگ­آمیزی می­شوند (مرحله نخ یا پارچه)، یا با استفاده از رنگدانه­های فسفری چاپ می­شوند. این رنگدانه­ها دارای خاصیت منحصر به­فردی در درخشش در تاریکی هستند، به­همین دلیل به آنها رنگدانه­های درخشش در تاریکی نیز می­گویند که به رنگ سبز کم رنگ تا آبی متمایل به سبز می­درخشد.

 

۲.۵. رنگدانه­های متداول مورد استفاده در ساخت منسوجات فسفری

رنگدانه­های متداول مورد استفاده در ساخت منسوجات فسفری بلورهای بسیار ریز سولفید روی ((ZnS  و آلومینات استرانسیم هستند. این رنگدانه­ها به­دلیل توانایی در جذب نور و انتشار آن برای مدت طولانی­تری دارای خاصیت منحصر به­فرد درخشش در تاریکی هستند. علاوه بر این، مقدار کمی مس به کریستال­های سولفید روی اضافه می­شود تا آنها را تحریک کند و در نتیجه ویژگی قابل توجه این رنگدانه­ها برای جذب نور و انتشار این نور جذب­شده برای مدت زمان طولانی تری ایجاد می­شود. رنگ­های فسفری دارای درخشندگی پایداری هستند که تا ۱۲ ساعت پس از قرار گرفتن در معرض نور ادامه می­یابد و نور با گذشت زمان کم می­شود.

۳.۵. تاریخچه رنگدانه­ها و رنگ­های فسفرسنت

اصطلاح فسفر از قرون وسطی برای توصیف مواد معدنی که در تاریکی می­درخشند استفاده می­شد. یکی از معروف­ترین، اما نه اولین، فسفر بولونیا بود. در حدود سال ۱۶۰۴، وینچنزو کاسچیارولو یک “لاپیس سولاریس” را در نزدیکی بولونیا، ایتالیا کشف کرد. پس از گرم شدن در کوره غنی از اکسیژن، نور خورشید را جذب کرده و در تاریکی می­درخشد. در سال ۱۶۷۷، هنری برند عنصر جدیدی را جدا کرد که به­دلیل یک واکنش شیمیایی در هنگام قرار گرفتن در معرض هوا می­درخشید و آن را “فسفر” نامید.

در مقابل، اصطلاح لومینسانس (از لومن لاتین “نور”)، توسط ایلارد ویدمان در سال ۱۸۸۸ به­عنوان اصطلاحی برای اشاره به “نور بدون گرما” ابداع شد، در حالی که “فلورسانس” توسط سر جورج استوکس در سال ۱۸۵۲، زمانی که او متوجه شد هنگامی که محلول سولفات کینین را در معرض نوری قرار می­داد که از طریق منشور شکست می­خورد، محلول در معرض نور مرموز نامرئی (که اکنون به­عنوان نور UV شناخته می شود) فراتر از انتهای بنفش طیف می­درخشد. استوکس این اصطلاح را از ترکیب فلورسپات و اپالسانس (ترجیح استفاده از یک ماده معدنی به­جای محلول) به­وجود آورد، البته بعداً کشف شد که فلورسپار به­دلیل فسفرسانس می­درخشد.

در اواخر قرن نوزدهم تا اواسط قرن بیستم بین معانی این اصطلاحات سردرگمی زیادی وجود داشت. در حالی که اصطلاح “فلورسانس” به درخشندگی اشاره دارد که بلافاصله (بر اساس استانداردهای چشم انسان) با حذف از تحریک متوقف می­شود، “فسفرسانس” تقریباً به هر ماده­ای اطلاق می­شود که برای دوره های قابل­توجهی در تاریکی می­درخشد، گاهی اوقات حتی نورتابی شیمیایی (که گاهی اوقات شامل نور شیمیایی نیز می­شود). تنها پس از دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ پیشرفت‌هایی در الکترونیک کوانتومی صورت گرفت.

۴.۵. روش­های توسعه پارچه­های فلورسنت

برای انتقال فسفرسانس به بستر نساجی، یعنی به فرآیند تولید پارچه‌ها و تمامیت بصری آنها، برخی روش‌ها و مواد استفاده می‌شوند که این ویژگی نوری را در پارچه‌ها حفظ کنند. روش‌ها و موادی که برای انتقال فسفرسانس به بستر نساجی مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از:

1. استفاده از الیاف فسفرسانتی: در این روش، الیافی که دارای ویژگی فسفرسانس هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این الیاف می‌توانند به­صورت مخلوط با الیاف دیگر مثل پنبه یا پلی­استر در فرآیند تولید پارچه استفاده شوند.
2. پوشش پارچه با مواد فسفرسانت: این روش شامل پوشش دادن یا رنگ‌آمیزی پارچه با مواد فسفرسانتی است که ویژگی فسفرسانس را به آنها می‌بخشد. این مواد می‌توانند به­صورت محلول، رنگ‌های پوششی، یا حتی طبقه‌بندی‌های خاصی روی پارچه‌ها اعمال شوند.
3. استفاده از رزین‌های فسفرسانتی: این رزین‌ها بر روی پارچه‌ها اعمال می‌شوند تا ویژگی‌های فسفرسانس را به آنها منتقل کنند. این روش به صورت پوششی یا تزریقی می‌تواند به­کار گرفته شود.
4. پرداخت کردن با جوهر فسفرسانتی: در این روش، جوهرهای فسفرسانتی به­عنوان جوهرهای چاپ بر روی پارچه استفاده می‌شوند. این جوهرها می‌توانند به­کمک فناوری چاپ مختلفی مانند چاپ سیلک‌اسکرین یا چاپ دیجیتال به پارچه‌ها اعمال شوند.

هر یک از این روش‌ها و مواد می‌توانند به ­صورت مختلف در فرآیند تولید پارچه‌های فسفرسانتی مورد استفاده قرار بگیرند. انتخاب بهترین روش و مواد وابسته به نوع پارچه مورد نظر، کیفیت مطلوب و نیازهای مشتری است ]۶[.

 

۵.۵. اثرات مضر منسوجات فسفرسنت و راه­ حل آن

اثرات بیولوژیکی بالقوه رنگ­های فسفری، همان­طور که در سند مشخص شده است، عبارتند از:

• آسیب به حشرات: انتشار تدریجی اشعه ماوراء بنفش از رنگدانه­های فسفری می­تواند بر حشرات مانند پشه­ها، مگس­های خانگی و حشرات تأثیر بگذارد و در نتیجه به محیط زیست آسیب برساند.
• بیماری‌های پوستی: وجود رادیوایزوتوپ‌ها در رنگدانه‌های فسفری که در پارچه‌ها استفاده می‌شود، می‌تواند بر پوست تأثیر بگذارد و به طور بالقوه باعث بیماری‌های پوستی شود و حتی در برخی موارد سرطان‌زا بودن را ثابت کند.
• اختلالات خواب: تابش مداوم نور از پارچه­های فسفری در طول شب می­تواند الگوی خواب افراد را مختل کند.
• آسیب به سلول های مغز و DNA: انتشار طولانی­مدت UV از پارچه­های فسفری می­تواند به­طور بالقوه بر سلول­های مغز و DNA انسان به­دلیل قرار گرفتن طولانی­ مدت در معرض اشعه مضر UV تأثیر بگذارد.

این اثرات بالقوه به­عنوان مسائل مرتبط با استفاده از رنگدانه­های فسفری در منسوجات برجسته می­شوند. بر اساس تحقیقات انجام شده، راه حل های ارائه شده برای مجموعه­ای از مشکلات ناشی از پیگمنت­های فسفری عبارتند از:

• پوشش اکسید روی – زینک اکساید محلولی است حاوی اکسید روی، که یک ترکیب معدنی است که اشعه UV را جذب می­کند. هنگامی که روی پارچه چاپ­شده یا رنگ­شده پوشانده می­شود، UV را که پارچه در نور روز جذب می­کند و همچنین UV جذب شده را که در مراحل بعدی ساطع می­شود جذب می­کند، بنابراین پارچه را ایمن­تر می­کند.
• پوشش ترموپلاستیک – پوششی از لایه ترموپلاستیک، که بی­رنگ است، تقریباً مانند اکسید روی عمل می­کند و مانند یک لایه لایه روی پارچه عمل می کند که از انتشار UV از سطح پارچه جلوگیری می­کند.
• روکش کتانی روی محصولات – کتانی یکی از مواد نساجی است که اشعه ماوراء بنفش را جذب می­کند، از این رو پوشش روی محصولات مد خانگی پس از استفاده در شب که از کتانی ساخته شده است، بر روی الگوی خواب کاربر تأثیر نمی­گذارد.
• از نظر تئوری در مورد پوشاک، ضریب پوشش و نفوذپذیری هوای پارچه‌ها را می‌توان به­حدی افزایش داد که اشعه ماوراء بنفش از آن عبور نکند و روی پوست تأثیر نگذارد.
• کاهش انتشار اشعه ماوراء­بنفش در نتیجه عواقب مضر ناشی از رنگدانه فسفری پارچه رنگ­شده/چاپ شده را کاهش می­دهد ]۱۴[.

 

6. نتیجه­ گیری

لباس‌های هوشمند، با استفاده از ترکیب فناوری و پوشاک، این امکان را فراهم می‌کنند که علاوه بر وظایف اصلی یک لباس، از امکانات الکترونیکی و سنسورها برای انجام وظایف دیگر نیز بهره برده شود. این لباس‌ها با استفاده از سنسورها، الکترونیک، و تکنولوژی‌های پوشیدنی، می‌توانند اطلاعاتی را از محیط و یا از بدن فرد جمع‌آوری کرده و عملکردی خاص را انجام دهند.

در این راستا، ادغام لباس‌های هوشمند با لباس‌های نورانی با فیبر نوری و فلورسنت نیز می‌تواند به واقعیتی جدید و جذاب تبدیل شود. به­عنوان مثال، اضافه کردن عناصر نوری به لباس‌های هوشمند باعث می‌شود که این لباس‌ها در شرایط نوری کمتر برای دیده شدن بهتر باشند. همچنین، این امکان وجود دارد که سنسورها و تکنولوژی‌های هوشمند درون لباس‌های نورانی قرار گیرند که باعث افزایش ایمنی، اطلاع رسانی در شرایط اضطراری، یا حتی انتقال داده‌های فیزیولوژیک از بدن فرد به دستگاه‌های جمع‌آوری داده می‌شوند.

همچنین، لباس‌های هوشمند می‌توانند دارای قابلیت‌های خاصی باشند که با نور نشان داده می‌شوند. به عنوان مثال، افراد می‌توانند با استفاده از یک نوع سیستم هوشمند، رنگ یا نور لباس‌های خود را تغییر دهند و برنامه ریزی کنند تا در هر لحظه به شکلی دلخواه خود نشان داده شوند.

به­این ترتیب، ترکیب لباس‌های هوشمند با لباس‌های نورانی و فلورسنت، نه تنها ابزاری برای افزایش جذابیت و استایل در مدرنیته مدل‌هاست بلکه می‌تواند کاربردهای متنوعی در حوزه‌های ایمنی، مدیریت سلامت، و حتی سرگرمی و تفریح داشته باشد.

 

 

 

منابع

1. صادقی کیاخانی، م، ۱۳۹۴، بهینه کردن فرآیند رنگرزی کالای اکریلیکی رنگرزی­شده با ماده رنگزای نفتالیمیدی اصلاح­شده با دندریمر، PAMAM، نشریه علمی پژوهشی علوم و فناوری رنگ/ ۹/ ۵۳-۶۴.
2. Abdelrahman, M, Elhadad, S,  Naggar, M, Gaffer, M. (2022). Ultraviolet-Sensitive Photoluminescent Spray-CoateTextile, MDPI –Coatings-Vol. 12, Iss: 11, pp 1686-1686.
3. Attar, R, Alshareef, M, Snari, R, Alaysuy, O. (2022). Development of novel photoluminescent fibers from recycled polyester waste using plasma-assisted dyeing toward ultraviolet sensing and protective textiles, Journal of materials research and technology-Vol. 21, pp 1630-1642.
4. Jiang,S, Stange, O, Sultanova, S, Sabantina, L. (2021). Applications of Smart Clothing – Brief Overview, COMMUNICATIONS IN DEVELOPMENT AND ASSEMBLING OF TEXTILE PRODUCTS, Vol. 2, No. 2, pp. 123-140.
5. Hamdaoui, M, Lanouar, A, Halaoua, S. (2015). Study of Fluorescent Dyeing Process and Influence of Mixture Dyes on High-visibility, Journal of Engineered Fibers and Fabrics, Volume10, Issue 1.
6. Lee, H, Liu, H, Liu, H, Yunlei Yin, H. (2022). Fabrication of durable fluorescent and hydrophobic cotton fabrics by multiple surface modifications, 01 Jan 2022-Industrial Crops and Products(Elsevier)-Vol. 175, pp 114238.
7. Mahltig, B, Ernst, V, Schöder, L. (2023). Exemplarily view on selected fluorescence textile products, Communications in development and assembling of textile products-Vol. 4, Iss: 1, pp 61-69.
8. Nie, W, Wu, J, Yang, J, Hu, L. (2023). Fabrication of Sustainable Hydrophobic Cotton Fabrics with Fluorescence-Emitting Performance Using Novel 1,8-Naphthalimide Functional Molecules, ACS Sustainable Chemistry & Engineering-Vol. 11, Iss: 9, pp 3873-3881.
9. Patti, A, Acierno, D. (2023). Fluorescence in Smart Textiles –Encyclopedia-Vol. 3, Iss: 2, pp 665-676.

Popescu, V, Astanei, D, Burlica, R, Popescu, A, Munteanu, C. (2019). Sustainable and cleaner microwave-assisted dyeing process for obtaining eco-friendly and fluorescent acrylic knitted fabrics. J. Clean. Prod. 2019, 232, 451–۴۶۱.

10. Sharma, R, Bairagi, N. (2018). The Role of Photo luminescent Pigments in Textiles, crimson publishers, volume2, issue2, p164-167.
11. Ultimate Guide to Fluorescent Pigments and Dyes. (۲۰۲۳). https://angtech.com/2023/01/10/ultimate-guide-to-fluorescent-pigments-and-dyes.
12. Yang, K,  M, Venkataraman, M, Wiener, J, Militky, J. (2023).Photo luminescence PCMs and their potential for thermal adaptive textiles, Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering, Pages 255-277.
13. Zhang, M, Zhang, M, Chen, J, Zhang, M. (2020). Radiation-Induced In Situ-Printed Nonconjugated Fluorescent Nonwoven Fabric with Superior Fluorescent Properties, ACS Applied Materials & Interfaces(American Chemical Society (ACS))-Vol. 12, Iss: 43, pp 49258-49264.
14. Zillane, M. (2022). What is a Fluorescent Color? Best Characteristics, Types, Uses, Benefits, and Drawbacks of Fluorescent Colors, textilefashionstudy.
15. https://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_ paint.

۱۶. https://www.edinst.com/us/blog/photoluminescence-differences.

[۱] . زاویه بحرانی حداقل زاویه تابش که در آن انعکاس کامل وجود دارد.

[۲]. دوپ‌پلیمری یک نوع پلیمر است که دارای ویژگی‌هایی خاص است. واژه “دوپ” از کلمه‌ای فرانسوی به معنای دوگانه یا دوباره اقتباس شده است. در دوپ‌پلیمری، به دوپیدن پلیمر یعنی افزودن یا تغییر مولکول‌های الکترونی به منظور تغییر خواص الکتریکی و هادی پلیمر می‌پردازند. این فرآیند می‌تواند خواص الکتریکی و هادی پلیمر را بهبود بخشد و قابلیت‌هایی مانند رسانایی الکتریکی یا هادی بودن را به پلیمر اضافه کند. به طور کلی، دوپ‌پلیمری می‌تواند در ساختن مواد هادی و الکتریکی کاربرد داشته باشد.

۳.تکانه زاویه‌ای به مقداری که بیانگر میزان حرکت یا چرخش یک جسم حول محوری می‌باشد، اشاره دارد. این مفهوم با استفاده از مقدار زاویه‌ای که یک جسم دارای چرخش از یک محور انجام می‌دهد، محاسبه می‌شود.

[۴] . نمودار جابلونسکی (Jabłonski diagram) در علم فیزیک و شیمی، یک نمودار سطحی است که برای نمایش فرآیندهای الکترونی داخل مولکول‌ها یا کریستال‌ها استفاده می‌شود. این نمودار برای توصیف فرآیندهایی مانند جذب نور، انتقال انرژی الکترونی، و انتشار فوتولومینسانس (انتشار نور پس از جذب نور) استفاده می‌شود.

در یک نمودار جابلونسکی، سطوح انرژی الکترونی درون یک مولکول نشان داده می‌شوند. این سطوح شامل سطح اولیه (حالت اصلی) و سطوح پرانرژی‌تری که الکترون می‌تواند به آن‌ها انتقال پیدا کند هستند. در هنگام جذب نور، الکترون از سطح اولیه به سطوح پرانرژی‌تری منتقل می‌شود و ممکن است پس از یک زمان به حالت اصلی برگردد و نور را با فراگیر شدن انرژی آزاد کند (فوتولومینسانس) یا این انتقال انرژی به صورت گرما (تبدیل به حرارت) از دست داده شود.

 

[۵] . یک میلیاردم (۱/۱,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰) از یک نانوثانیه

[۶] . یک میلیاردم (۱/۱,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰) ثانیه

[۷] . لومینوژن یا “تابش نور” به واکنش یا پاسخی اشاره دارد که موادی در معرض نور یا تحریکات دیگر نشان می‌دهند. این واکنش می‌تواند شامل تابش نور به شکل فلورسانس (تابش نور در طول موج قابل رویت) یا فسفرسانس (تابش نور پس از قطع نور) باشد.

لومینوژن در مواد مختلف و در حالت‌های مختلفی قابل مشاهده است. برخی مواد به صورت طبیعی خود ویژگی‌های لومینوژن دارند، مانند گلوکزینیت (یک نوع سنگ) که در تاریکی با فسفرسانس نور خود را نشان می‌دهد.