Têxteis Inteligentes – Uma breve revisão da literatura

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Têxteis Inteligentes – Uma breve revisão da literatura
Smart Textile – A Review of Literature (State of the Art)
Alexandre José Sousa Ferreira
Doutorando em Engenharia Têxtil da Universidade do Minho
Fernando Batista Nunes Ferreira
Professor do Departamento de Engenharia Têxtil da Universidade do Minho
Fernando Ribeiro Oliveira
Professor do Departamento de Engenharia Têxtil da UFRN
Resumo
Nos últimos anos materiais têxteis inovadores vem sendo aplicados nas mais
diversas áreas da Engenharia. Tratam-se de materiais que são largamente aceitos,
fáceis de usar e com um enorme potencial para se tornarem uma poderosa
ferramenta para a monitorização, fornecendo ao mesmo tempo um elevado grau de
segurança e conforto para o seu utilizador. O número de investigações no segmento
de smart textiles não tem cessado de crescer, sendo que a multidisciplinaridade é a
principal responsável por esta extraordinária expansão. O objetivo principal deste
trabalho é apresentar uma breve discussão sobre os denominados têxteis
inteligentes fazendo uma abordagem sobre os diferentes conceitos que englobam
esse assunto, tais como: o que é um smart material, a função de um smart textile,
novas tecnologias aplicadas aos materiais fibrosos, materiais de mudança de fase
(microencapsulamentos), materiais voltaicos, luminescentes e auxeticos, têxteis
condutores, materiais piezoelétricos, entre outros.A metodologia utilizada reporta-se
a uma revisão da literatura através de uma extensa pesquisa realizada a partir de
artigos científicos e livros referentes ao tema Smart textiles. Através deste estudo
sobre as inovações na área dos têxteis inteligentes, pode-se concluir que apesar do
grande salto tecnológico dado até o momento, há ainda muito o que ser explorado e
descoberto. Diante disso, diferentes áreas da Engenharia e do Design devem unir
forças para tornar real, produtos que outrora eram inimagináveis.
Palavras- chave: Materiais inteligentes, têxteis inteligentes, conceitos, funções
Abstract
Over recent years, the textile materials have been extensively used in several
engineering fields. They are materials widely accepted, easy to use with a huge
potential to become a powerful tool for monitoring, while also supplying a high degree
of safety and comfort to the user. The effort of research in smart textile field has
continually grown and the multidisciplinary is the major factor for this remarkable
expansion. This paper aims to present a brief discussion about smart textiles, making
an approach on the different concepts which includes this subject, namely: What is
and what are the functions of smart textile; smart technologies applied in fibrous
materials, phase change materials, photovoltaic, luminescent, auxetic materials and
electronics textiles. The methodology used refers to a literature review by checking
and comparing texts, books and scientific articles about issues related to smart
textiles. With this research about innovations in the smart textile area, it can be
www.cetiqt.senai.br/redige
Alexandre Ferreira; Fernando Ferreira; Fernando Oliveira
REDIGE v. 5, n. 01, abr. 2014
concluded that despite the great technological evolution until this moment, there is
still too much to be explored and discovered. In this way, different areas of
engineering and design should work together to become real, products that were
once considered only in science fiction films.
Keywords: Smart materials, Smart textiles, concept, functions
INTRODUÇÃO
Em um cenário de crescente qualidade de vida dos cidadãos, com o consequente
aumento do nível de satisfação e exigência, a que a evolução tecnológica está
associada, é imprescindível procurar inovar e maximizar as potencialidades dos
diversos materiais têxteis, dotando-os de características diferenciadoras que
complementam as suas propriedades usuais.
Esta procura por novas soluções tem criado grandes possibilidades para acrescentar
valor aos substratos têxteis tradicionais através do incremento de diferentes
funcionalidades, seja pela utilização de novas fibras (Ferreira et al., 2012, Ferreira et
al., 2011, Xie et al., 2010, Andres Leal et al., 2007), pelo desenvolvimento de novas
estruturas (Yanping Liu et al., 2010), pela aplicação de novos acabamentos (Oliveira
et al., 2013, Vu et al., 2013) ou mesmo pela integração de sistemas eletrônicos
(McCann e Bryson, 2009).
A indústria têxtil está, desta forma, procurando alterar o seu foco principal para o
desenvolvimento de produtos com maior valor agregado para compensar o ritmo dos
negócios e dos mercados que tem decrescido, principalmente nos países
desenvolvidos, fruto da conjuntura econômica mundial. Os denominados têxteis
técnicos, funcionais e o conceito “wearable technology” fazem parte deste novo eixo
de atenção. Nesse contexto, existe um extenso número de indústrias potencialmente
interessadas, como a automobilística, a da saúde, da proteção pessoal, da
construção civil e da arquitetura. A fusão de diferentes áreas levam à evolução e
criação de novos produtos, solucionando assim os desafios que oferecem novas
oportunidades de negócio. O desenvolvimento deste tipo de produto é sem dúvida
alguma um grande fomento que necessita de investigação, desenvolvimento,
experimentação e validação de novos artigos para a indústria têxtil. A inovação é
facilitada quando as relações e pessoas envolvidas de diferentes áreas promovem e
fundamentam a troca de ideias(Post, 1997).
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A generalização de tecnologias de base eletrônica, sensores ou comunicações
tornou-se uma realidade(Jung et al., 2003). Os têxteis tradicionais, utilizados para
aplicações comuns, como roupa para crianças recém-nascidas ou idosos, tecidos
utilizados para forrar os assentos de automóveise até às barracas usadas pelos
militares nos cenários bélicos começam a apresentar uma interface inteligente.Existe
uma real necessidade de integrar as tecnologias nos materiais fibrosos para que o
têxtil tradicionalmente “passivo”, possa ser transformado em uma estrutura interativa
e inteligente, com funcionalidades agregadas para o utilizador final.
Desta forma, o objetivo principal desta revisão literária é mostrar aos leitores as
definições
básicas sobre os
têxteis inteligentes, apresentando uma breve
abordagem sobre os diferentes conceitos que englobam esse assunto, tais como: o
que é e quais as funções de um smart textile, novas tecnologias aplicadas aos
materiais fibrosos, materiais de mudança de fase (microencapsulamentos), materiais
voltaicos, luminescentes, têxteis condutores, materiais auxéticos e piezoelétricos.
1 SMART TEXTILES
O termo "têxteis inteligentes" é uma tradução de smart textiles e derivado do
conceito de materiais inteligentes ou smart materials. O conceito foi pela primeira
vez apresentado no Japão, em 1989. Cronologicamente, as descobertas de
materiais com memória de forma datam dos anos 60 e de materiais como géis
poliméricos da década de 70. No entanto, foi apenas no final dos anos 90 que os
materiais inteligentes foram introduzidos no setor têxtil.
O primeiro material têxtil rotulado como um smart textile foi um fio de seda com
memória de forma (Otsuka and Wayman, 1999). Tratava-se de um novo tipo de
produto que oferecia um grande e potencial interesse para aplicações de natureza
técnica.
Para definir um material inteligente, será em primeira análise necessário entender o
conceito de comportamento inteligente. O comportamento inteligente ocorre quando
um material pode sentir um estímulo no seu ambiente e atribuir uma reação de uma
forma útil, fiável, reprodutível e geralmente reversível.
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Por definição, estes materiais podem mudar as suas propriedades mecânicas
(forma, dureza, viscosidade) ou propriedades térmica, óticas, eletromagnéticas, de
forma previsível e controlada,para produzir uma resposta ao meio que os envolve.
Podem ser incluídos neste conceito materiais que executam funções de detecção e
atuação, piezoelétricos, elétricos, magnéticos ou materiais com memória de forma
(Shape memory materials)(Meng and Li, 2013, Mondal, 2008, Lendlein and Kelch,
2002).
Materiais inteligentes são aqueles que possuem uma ou mais propriedades que
podem, de forma significativa, registrar uma mudança devido a um estímulo que
pode ter origem através de estresse mecânico, temperatura, vapor, ph, sinal elétrico,
magnético, entre outros (Wen, 1992). Existe uma variedade enorme deste tipo de
materiais sendo que alguns já fazem parte do nosso cotidiano(Baurley, 2004).
De acordo com as publicações de Xiamong Tao, os Smart Textile são definidos
como “os materiais e estruturas que sentem e reagem às condições ambientais ou
estímulos mecânicos, térmicos, químicos, elétricos, magnéticos ou de outras fontes”
(Tao, 2001). Eles podem ser divididos em três subgrupos:
- Têxteis inteligentes passivos: Apresenta o nível de complexidade mais baixo. Esse
tipo de produto apenas pode sentir estímulos ou condições ambientais funcionando
basicamente como sensores.
- Têxteis inteligentes ativos: Esse grupo, além de conseguir sentir os estímulos ou
condições ambientais como os anteriores, também tem a função de atuador,
produzindo uma reação ao estímulo.
- Têxteis muito inteligentes: Na escala da complexidade, este grupo é sem dúvida o
mais complexo. Além de sentir o estímulo e provocar uma reação,este grupo tem
ainda a capacidade de se adaptar de acordo com a resposta recebida.
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1.1 A escolha de têxteis para aplicar smart materials
Quando se discute sobre este tema, uma questão
que pode ser levantada é a seguinte: A que se
deve
a
escolha
da
aplicação
de
materiais
inteligentes em substratos têxteis? Os têxteis
mostram muitas vantagens, sendo únicos em
vários aspectos. A versatilidade das roupas, tanto
nos processos de produção como na aplicação
final é bastante elevada. As fibras ou filamentos
Figura 1 - Esquema de
funcionamento de membrana
Goretex
Fonte: Goretex, 2012
fazem parte deste processo de construção sendo
possível
a
diversificados
sua
aplicação
produtos
em
finais.
múltiplos
Além
da
e
sua
constituição básica e propriedades enquanto fibras/filamentos, podem ainda ser
organizadas de várias formas (fios ou estruturas têxteis), podendo dar origem tanto a
produtos bidimensionais como tridimensionais. Após a construção das estruturas
têxteis, é ainda possível, através de processos de acabamentos, implementar
propriedades complementares, como por exemplo hidrofilidade, hidrofobicidade,
antimicrobiana, anti-UV, permeabilidade seletiva, autolimpante entre outras. A
aplicação de Smart Textiles permite combinar estas estruturas têxteis com
propriedades tradicionais obtendo produtos multifuncionais avançados (Tao, 2001,
Tao and Institute, 2005, Van Langenhove and Hertleer, 2004).
Por outro lado, as roupas podem ser consideradas a nossa segunda pele. É um
elemento tão comum que se encontra presente em praticamente todas as atividades
humanas. A sua produção é efetuada a nível industrial, de forma rápida e rentável.
Estas características podem parecer redundantes, mas é por essa mesma
redundância que as roupas são uma realidade para integração de Smart Materials
(Van Langenhove and Hertleer, 2004).
A integração da característica Smart no material têxtil pode ser realizada em vários
níveis. Pode acontecer em fibras, a partir de um revestimento ou ainda pode ser
adaptado a uma unidade completamente independente do material têxtil. Este
conceito Smart Textile terá tendência a evoluir para que todo o sistema seja
composto com materiais têxteis (os sensores, atuadores e todos os demais
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substratos sejam a base de fibras). A maior dificuldade em atingir este nível, será o
de se conseguir obter um produto final maleável, flexível, com boa resistência
mecânica, condutividade elétrica e ainda resistente à água.
1.2 Componentes fundamentais de um Smart Textile
As funções fundamentais que podem ser encontradas em um Smart Textile são:
Sensorização - O material captura um estímulo que teve origem no meio envolvente
e o substrato têxtil (fibra/fio) deverá ter a capacidade de recolher e transmitir a
informação detectada.
Processamento de dados - Essa função é facultativa e apenas necessária se o
material for ativo, sendo para isto necessário a integração de componentes
eletrônicos. Apenas com materiais têxteis não é ainda possível fazer processamento
de dados.
No entanto a miniaturização de componentes eletrônicos é uma grande aliada para a
integração desta função, sendo a resistência à água deste tipo de componentes o
grande obstáculo a ser ultrapassado.
Atuação - A função principal de um atuador é responder ao impulso que é captado
pelo sensor. Um atuador realiza uma atividade, provoca uma resposta, move
elementos, liberta substâncias, produz um impulso sonoro. Um exemplo são os
materiais com memória de forma que mudam a sua estrutura em função da
temperatura.
Armazenamento - O armazenamento de energia é uma função que pode ser
essencial para as funções anteriores se abastecidas com energia. Muitas
investigações têm sido realizadas neste campo, existindo já soluções que produzem
energia a partir do calor corporal, pela ação mecânica das roupas ou ainda por
radiações solares.
Comunicação - A comunicação entre as várias funções de um Smart Textile pode
ocorrer a vários níveis, entre o utilizador e o produto têxtil e também no sentido
inverso.
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1.3 O que não deve ser confundido com um Smart Textile
Existem no mercado aplicações de têxteis técnicos que podem ser facilmente
confundidas com smart textiles. O exemplo mais conhecido é a membrana
GORETEX© (Goretex, 2012). Esta membrana foi desenvolvida há aproximadamente
20 anos e trata-se de um material que apresenta a função de respiração seletiva,
pois permite que o vapor de água (em forma de suor) passe para o exterior,
impossibilitando no entanto a passagem de água no sentido contrário (por exemplo
água da chuva). A razão para não considerar este produto como smart textile está
relacionada com a definição, pois as propriedades deste material não se alteram por
influência do meio exterior. A respirabilidade destas membranas é uma função
estática, o que as define como materiais funcionais (Figura 1).
2 TECNOLOGIAS INTELIGENTES APLICADAS EM MATERIAIS TÊXTEIS
Em um cenário futurista, as roupas serão também uma infraestrutura de
comunicação, fornecendo de forma imperceptível as informações geradas para
monitorar áreas como saúde e/ou emoções. Pode-se considerar que a roupa é a
última fronteira com o ambiente externo. A funcionalidade dos têxteis inteligentes
passará por recolher informação do utilizador ou do meio circundante e em seguida
por processar a informação recolhida. Para realizar estas funções, os Smart Textiles
devem ser portadores de capacidades singulares que não se encontram nas fibras
convencionais. Por exemplo, a função de detecção dos sensores (componentes dos
Smart Textile) é essencial, e é usual recorrer-se atualmente a tecnologias que
consigam complementar estas lacunas das fibras convencionais.Em um caso ideal,
a própria fibra deverá ser capaz de tais funções. Os avanços nas tecnologias de
ponta e em particular da nanotecnologia, permitem vislumbrar a evolução pretendida
nos materiais fibrosos.
Todas as tecnologias que serão descritas a seguir apresentam um ótimo potencial
comercial. No entanto, tal como em várias outras tecnologias, necessitam ainda
atingir um estágio de maior evolução, o qual apenas será possível com uma
abordagem multidisciplinar. A tabela 1 mostra a relação entre o efeito físico e o
princípio teórico do dispositivo sensorial aplicado. A monitoração contínua é uma
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vantagem reconhecida dos têxteis eletrônicos (e-têxteis) em várias áreas, como por
exemplo nas áreas ligadas à saúde.
Tabela 1: Tecnologias Inteligentes relacionando estímulo com a resposta
Resposta
Elétrica
Magnética
Ótica
Térmica
Mecânica
Elétrico
Eletrocrômicos/
Piezoelétrico
Eletroluminescente
Termoelétrico
Eletro reológico
Eletro-ótico
Ótico
Magnético
Fluído magneto
Mecânico
reológico
Magneto-ótico
Magnetostritivo
Fotocondutor
Fotocrômico
Térmico
Estimulo
Fluido dielétrico
Termocrômico
Termoluniscente
Piezoelétrico/
Eletroresistivos
Magnetorestitivo
PCM
Memória de forma
Mecanicocrômico
Auxéticos
2.1 Materiais de mudança de fase (Phase Change Materials - PCM)
Os PCMs são materiais com a capacidade de mudar o seu estado físico dentro de
um determinado intervalo de temperatura, absorvendo energia durante o processo
de aquecimento e libertando-a durante o processo de resfriamento. Um efeito de
conforto térmico pode ser alcançado com este tipo de material aplicado em materiais
têxteis(Sánchez et al., 2010, Mondal, 2008). A tecnologia para a incorporação de
PCMs em estruturas têxteis foi desenvolvida a partir de um programa espacial da
NASA (National Aeronautics and Space Administration) no início dos anos 1980. O
programa da NASA buscava aplicar este material em tecidos para trajes de
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Alexandre Ferreira; Fernando
ernando Ferreira; Fernando Oliveira
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astronautas com o objetivo de melhorar a sua proteção térmica contra as flutuações
extremas de temperatura do espaço (Nelson, 2002). Empiricamente, a vantagem
deste processo advém da possibilidade da temperatura se manter constante para o
utilizador durante uma alteração abrupta das
condições
ambientais
(aquecimento
ou
resfriamento).
Ass aplicações têxteis desenvolvidas com PCM
são normalmente aliadas às microcápsulas.
Essas
possuem
diâmetros
de
alguns
micrômetros e são aplicadas
aplicad
em revestimentos
sobre a superfície
perfície de uma estrutura
estrutu
têxtil
conforme se verifica na Figura 2.
2 A busca de
novas funcionalidades em materiais fibrosos vem
Figura 2 - Imagem ilustrativa de
PCMs em filamento
Fonte: Sánchez et al., 2010
incentivando a indústria a uma maior utilização
de processos de microencapsulamento
microencapsula
para conferir as propriedades de
acabamento em têxteis de uma forma que
que não é possível ou viável economicamente
com a utilização de outras tecnologias (Shin et al., 2005, Mukhopadhyay
Mukhopadhy and Vinay
Kumar Midha, 2008). Outras potenciais
potenciais aplicações incluem perfumes, hidratantes de
pele, repelentes de insetos, corantes, vitaminas, antibióticos
a
entre outros.
2.2 Materiais com Memória de Forma
De acordo com Lendlein and Kelch, este
e
tipo de material pode ser classificado em
dois grupos (Lendlein
Lendlein and Kelch, 2002).
2002 O primeiro engloba
ngloba normalmente os
materiais com formas estáveis a duas ou mais temperaturas. Nestas diferentes
temperaturas, estes materiais podem assumir diferentes formatos.
O outro grupo de Shape Memory Materials (SMM) são os denominados polímeros
eletroativos (EAP – electroactive polymers)
polymers em que a forma pode ser alterada em
função de um estímulo elétrico.
elétr
Este tipo de polímero eletroativo
tivo foi desenvolvido
durante a última década. As aplicações com estes
este materiais
eriais foram potencializadas
potencializ
pela possibilidade de produzir mudança de tamanhos ou mesmo alteração de
formas.. Os EAPs podem também ter funções
funç
sensoriais, sendo-lhes
sendo
atribuídos
mecanismos de atuadores básicos e/ou de produção de movimento.
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Baseados normalmente em ligas metálicas, por exemplo liga níquel-titânio, estes
materiais foram desenvolvidos para proporcionar um mecanismo de proteção a
variação de temperatura (Yoo et al., 2008). Neste caso, a diferença de temperatura
de ativação pode ser modificada em função da concentração de Níquel ou Titânio. A
proteção ao calor será ativada pela atuação da liga metálica.
Os polímeros com memória de forma, mecanicamente, têm o mesmo funcionamento
das ligas acima mencionadas, possuindo a vantagem de terem uma melhor
compatibilidade com os materiais têxteis. Os primeiros polímeros com memória de
forma foram desenvolvidos pela Chimie cdf Companie e eram ativados entre as
temperaturasde 35º e 40ºC. Polímeros baseados em estireno, butadieno, tereftalato
de polietileno foram posteriormente obtidos com o mesmo propósito(Lendlein and
Kelch, 2002).
Um aspecto muito importante com relação a esta tecnologia é que a temperatura de
ativação destes materiais quando aplicáveis em peças de vestuário deve ser
próxima da temperatura corporal. A ativação destes materiais geralmente
desencadeia um mecanismo semelhante ao de uma mola. Esta mola encontra-se
tencionada abaixo da temperatura de ativação e quando a temperatura sobe, faz
com que ocorra o aumento do comprimento da mesma . Este efeito pode ser
aplicado entre camadas de uma peça de vestuário e terá como resultado o aumento
de distância entre estas camadas, traduzindo-se por exemplo, em um maior conforto
térmico para o utilizador.
2.3 Materiais crômicos
Estes materiais são conhecidos pelas suas propriedades “camaleônicas”, podendo
mudar a sua cor em conformidade com diferentes estímulos externos. Por definição,
materiais crômicos são aqueles que irradiam, anulam ou mudam a cor que
apresentam em função de um determinado estímulo. A origem do estímulo será
importante para classificar o tipo de material crômico, conforme se verifica na Tabela
2.
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Tabela 2: Denominação do material crômico em função do estímulo
Material
Estimulo necessario
Fotocrômico
Luz
Termocrômico
Calor
Eletrocrômico
Eletricidade
Piezoelétrico
Pressão
Solvatocrômico
Função da polaridade do solvente
Fonte: Gregory et al., 2001, Neves, 1997
Os materiais termocrômicos são materias que alteram a sua cor em função da
presença de calor. A aplicação mais usual é a utilização de pigmento/corante com
capacidade de alterar a sua cor quando ativado por uma determinada temperatura.
Esta tecnologia varia a partir de dois sistemas termocrômicos; a utilização de cristais
líquidos ou do tipo de rearranjo molecular. Nesses dois sistemas é utilizada também
a tecnologia de microencapsulamento sendo aplicada em forma de pigmento ao
substrato (Neves, 1997, Pippi, 2010).
A utilização de cristais líquidos resulta do processo de reflexão seletiva da luz pelo
cristal líquido. As moléculas adjacentes rearranjam-se em forma de uma mola
conforme se verifica na Figura 3. Quando existe variação do comprimento da mola
(devido a variações térmicas), o comprimento de onda da luz refletida também varia
e por consequência altera a cor (Neves, 1997, Pippi, 2010).
Figura 3 - Esquema de funcionamento de cristais liquidos colestéricos com estrutura idêntica
a uma mola
Fonte: adaptado de Ely et al., 2007
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Os materiais termocrômicos baseados no rearranjo da estrutura molecular de um
corante baseam-se geralmente nas espirolactonas. O mecanismo que leva este
fenômeno não se encontra ainda completamente esclarecido. O método de
produção passa por microencapsular uma mistura de um revelador de corante em
um solvente orgânico. O aquecimento ou arrefecimento irá revelar ou retirar a cor no
ponto de fusão da mistura.
Podemos ainda obter uma alteração da cor do substrato têxtil através de seu contato
com a umidade. Estes materiais são conhecidos como hidrocrômicos, ou seja, são
capazes de responder ao estímulo da água. No entanto, são compostos que
apresentam uma baixíssima solidez à luz(Oakes et al., 2005).
2.4 Materiais luminescentes
Os materiais luminescentes são aqueles que quando estimulados têm a capacidade
de produzir luz (Lakowicz, 2006). Estes materiais podem ser divididos em vários subgrupos:
•
Oticoluminescentes, que conduzem a luz;
•
Eletroluminescentes, que têm como estímulo a eletricidade;
•
Quimiluminescentes, que têm uma reação química como estímulo;
•
Triboluminescêntes, que têm uma reação mecânica com estímulo;
•
Fotoluminescentes, que são estimulados pela luz;
•
Radioluminescência, estimulados por radiação iônica.
Ultimamente, esses materiais têm sido utilizados em aplicações específicas, como
elemento de segurança para detecção de imitações de etiquetas em peças de
vestuário. São também utilizados em equipamentos de proteção individual ou em
produtoscomo tapetes com marcações para orientar as pessoas durante falhas de
energia em aeroportos, metrôs, rodoviárias, etc. A figura 4 ilustra o efeito de um
material luminescente.
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Figura 4 - Exemplo de aplicação de fibras óticas
Fonte: Lumigram, 2006
2.5 Materiais fotovoltaicos
As propriedades e funcionamento dos materiais fotovoltaicos foram descobertos
ainda no século XIX pelo físico francês e prêmio nobel Antoine Henri Becquerel
(Fukuda, 1998). A capacidade de um material gerar uma corrente elétrica quando
excitado com luz foi, sem dúvida alguma, uma
descobertarevolucionária. Trata-se de uma tecnologia
em desenvolvimento e que necessita ainda de muita
investigação.
As diferentes soluções, atualmente disponíveis em
células solares comercializadas, apresentam uma
eficiência relativamente baixa, variando de 5% até um
máximo de 30%.Para aplicações têxteis, as células
solares orgânicas serão muito vantajosas, no entanto
Figura 5 - Modelo Generator. Uma
exposição de 5 horas ao sol permite
a utilização do seu computador
portátil por 2-4 horas.
Fonte: Ferreira et. al, 2012
apresentam ainda uma eficiência próxima de 5%, um valor bastante reduzido.
Os smart textiles, atualmente comercializados com esta tecnologia, utilizam células
solares convencionais integradas nos substratos têxteis, onde a luz é o gerador de
corrente elétrica, a qual é direcionada para a funcionalidade pretendida. A
alimentação elétrica deste tipo de aplicação poderá ser suficiente para carregar
equipamentos eletrônicos de pequenas dimensões, tais como, leitores MP3 ou
telefones celulares. Atualmente, a evolução destes tipos de equipamentos permitem
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em casos concretos a produção de cerca de 15 Watts de potência, conforme se
verifica no exemplo ilustrado na figura 6.
2.6 Materiais Auxéticos
Os materiais auxéticos foram descobertos há mais de 100 anos, mas só começaram
a ganhar importância científica nas últimas duas décadas. Uma grande variedade
de materiais auxéticos têm sido estudados e desenvolvidos, incluindo espumas
metálicas e poliméricas, laminados de fibra de carbono, polímeros com
microporosidade e estruturas denomidadas favo de mel (Bhullar, 2010). O
comportamento auxético nos materiais pode ser explicado através da sua geometria
e dos mecanismos de deformação (Grima, 2011). Estes materiais são definidos pela
expansão transversal quando tensionados longitudinalmente, o que determina o
Coeficiente de Poisson negativo. Desta forma, quando uma força (tração) é aplicada
em uma direção, a estrutura expande-se horizontalmente na direção perpendicular à
força aplicada (Sloan et al., 2011, Alderson, 2005, Steffens, 2012, Liu, 2006).
Existem diferentes possibilidades para a produção de materiais auxéticos, as quais
podem ser divididas em dois grandes grupos: intrinsecamente através dos polímeros
(fibras desenvolvidas a partir do processo de extrusão e espumas auxéticas) e
através do entrelaçamento de fios formando diferentes estruturas (tecidos ou malhas
com comportamento auxético). O efeito auxético confere melhorias nas propriedades
mecânicas dos materiais tais como: resistência à fratura, módulo de cisalhamento,
resistência à indentação, variação da porosidade e permeabilidade (quando
submetidos àpressão)(Sloan et al., 2011). Os materiais com Coeficiente de Poisson
negativo podem ser aplicados nas mais diversas áreas, tais como, têxteis para
proteção
(capacetes),
roupas
esportivas,
cordas,
filtros,
absorção
de
amortecimentos, absorção acústica, aplicações biomédicas entre outras(Steffens,
2012).
2.7 Têxteis Eletrônicos e Têxteis condutores
O desenvolvimento de e-textiles (eletrônica+têxteis) iniciou-se na década de 80
quando foi verificado o potencial da inclusão dos materiais inteligentes em substratos
têxteis. No fim da década de 90, surgiram relatos de várias experiências com
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materiais fibrosos, como a utilização de bordados para interação entre o homem e o
computador (Post, 1997), uniformes com fibra ótica integrada para monitoração de
soldados (Lind et al., 1997), uso de eletrodos têxteis para monitorar a atividade
cardiopulmonar (Ishijima, 1997) e uso de tecidos termo e piezo resistivos para
medição de variações térmicas e parâmetros biomecânicos(De Rossi et al., 1997). A
maioria dos trabalhos desenvolvidos nesta área ainda apresenta um caráter
laboratorial. Uma exceção são os denominados eletrodos têxteis, que já se
encontram
bastante
desenvolvidos
em
algumas
aplicações
comerciais,
principalmente na monitoração de funções vitais (Rossi and Paradiso, 2011).
O vestuário possui uma interface abrangente e confortável e é sem dúvida alguma
uma plataforma ideal para incorporação de módulos eletrônicos através da utilização
de fibras e fios têxteis condutores, o que permite que estes se tornem sistemas
eletrônicos totalmente funcionais e essencialmente práticos.
O ato de integrar fios condutores no vestuário e em outros materiais têxteis deve
levar em conta alguns importantes parâmetros. Um dispositivo integrado em uma
peça de roupa deve ser leve, confortável, de pequenas dimensões e deve ainda ser
muito eficiente a nível de consumo de energia. As fibras e os fios podem ser
utilizados para estes casos, como dispositivos de ligação e como sensores
funcionais.
Os fios são produzidos a partir de misturas poliméricas não condutoras com cargas
carbônicas, tal como nanotubos de carbono. Podem ainda ser utilizadas partículas
metálicas ou fibras de aço. No entanto, a utilização de metal nos fios é uma
desvantagem, pois o metal facilmente danifica a estrutura dos mesmos. Além deste
fato, a incompatibilidade com ambientes úmidos e a pouca flexibilidade destes
materiais podem refletir na redução da usabilidade, da mobilidade, do desconforto
para o utente e do tempo de vida útil do artigo.
Polímeros intrinsecamente condutores surgem como uma alternativa aos fios
metálicos. Também conhecidos como metais sintéticos, conseguem juntar as
propriedades elétricas, eletrônicas e magnéticas dos metais, mantendo as
propriedades mecânicas e a sua processabilidade. Diversos trabalhos científicos
foram realizados no desenvolvimento de polímeros intrinsecamente condutores ou
no revestimento de materiais têxteis, utilizando diversos tipos de polímeros tais
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como, poliacetileno, polianilina, politiofeno, poli(p-fenileno), polipirrol entre outros.
Um dos métodos que merece destaque e tem sido bastante empregado para
produção de tecidos condutores é a síntese química de polipirrol sobre os
tecidos(Lekpittaya et al., 2004, Wu et al., 2005, Oh et al., 2003, Molina et al., 2013).
Esta síntese produz sobre o tecido uma fina e contínua camada do polímero
condutor, o qual permite a condução elétrica deste tipo de material. Aplicações de
polipirrol para obtenção de tecidos condutores são variadas e numerosas, sendo
possível obter materiais anti-estáticos(Lekpittaya et al., 2004), sensores de
gás(Ataman et al., 2013), sensores biomecânicos(Wu et al., 2005), dispositivos de
aquecimento(Bhat et al., 2006) entre outros.
Existe ainda outra alternativa para obtenção de materiais fibrosos condutores que
são as nanofibras. Estas são necessárias em menor concentração e são por
natureza mais finas, o que as torna mais flexíveis que as outras opções. O método
de produção de nanofibras mais simples, econômico e com maior potencial é o
“electrospinning” (Burger and Chu, 2007, Zhang et al., 2005).
Novas possibilidades de aplicações e de métodos de produção para têxteis
condutores não cessam de aparecer. Este é sem dúvida um campo que merece
muita atenção por parte dos investigadores, pois há ainda muito o que ser
descoberto (Kang et al., 2007).
2.8 Materiais piezo elétricos
O efeito piezoelétrico baseia-se no fato de alguns materiais conseguirem produzir
um diferencial de potencial elétrico quando sujeitos a stress mecânico. A sua
descoberta remonta ao século XX. Normalmente, são materiais que apresentam
também a capacidade de emitir um sinal elétrico quando sujeitos a forças
mecânicas. São materiais com grande potencial para serem aplicados em sensores
e em atuadores. Os primeiros fenômenos piezoelétricos foram observados em
cristais naturais (quartzo que ainda hoje pode ser encontrado em alguns relógios).
Mais tarde, materiais cerâmicos foram produzidos com o mesmo objetivo. Estes
materiais têm limitações físicas para serem aplicados em produtos têxteis. No
entanto, já foram verificadas aplicações de filmes poliméricos piezoelétricos com a
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finalidade de se conseguir monitorar sinais vitais e movimentos (Edmison et al.,
2002).
O efeito piezoelétrico é o princípio básico que sustenta o funcionamento de alguns
sensores utilizados nos dias de hoje. É baseado na variação deste princípio que se
estudam, atualmente, sensores sensÍveis a diversos estímulos. As aplicações que
utilizam cargas carbônicas (nanofibras de carbono, negro de fumo, nanotubos de
carbono) em compósitos poliméricos, sustendadas pela piezoeletricidade são hoje
uma das tecnologias de ponta orientadas para a industria têxtil (Ferreira et al., 2012,
Ferreira et al., 2011, Kang et al., 2007).
CONCLUSÂO
A partir desta breve revisão bibliográfica, constata-se que após diversos esforços
científicos e depois de ultrapassado o obstáculo de mercado não competitivo, os
materiais denominados têxteis inteligentes representam hoje o futuro da indústria
têxtil.
As projeções mais recentes revelam que o potencial deste mercado está na ordem
dos bilhões de dólares, o que justifica a grande dedicação em novos projetos de
pesquisa e desenvolvimento nesta área no mundo inteiro.
Não existe escassez de soluções nesta área, por outro lado, não existe uma solução
universal que sirva para todas as aplicações. A orientação do desenvolvimento deste
campo tem como objetivo melhorar as soluções existentes, adaptadas às exigências
do mercado particular. O custo, durabilidade, miniaturização e o meio em que ocorre
são variáveis que serão importantes na definição das propriedades do material.
Conclui-se, desta forma, que as potencialidades dos têxteis inteligentes são
imensuráveis. As áreas tecnológicas para aplicação são vastas e sedentas de novas
soluções. A necessidade de se buscar novos nichos de mercado com produtos de
grande valor agregado também existe. Assim, encontram-se reunidos todos os
ingredientes para uma massificação destes novos materiais.
O potencial está aí, pronto para ser explorado. Para os têxteis inteligentes a
imaginação é, sem dúvida alguma,o limite.
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Currículo Resumido do(s) Autor(es)
Alexandre José Sousa Ferreira
Licenciado em Engenharia Têxtil pela Universidade do Minho (2006). É
colaborador do Centro Ciência Tecnologia Têxtil da mesma universidade
desde 2007. Neste momento encontra-se a finalizar o doutoramento em
Engenharia Têxtil na Universidade do Minho.
Email: [email protected]
Fernando Batista Nunes Ferreira
Licenciado em Engenharia Têxtil pela Universidade do Minho e doutorado
em Indústrias Têxteis pela Universidade de Leeds, em Inglaterra (1991).
Tem coordenado o desenvolvimento de trabalhos de carátercientífico e
académico no domínio da Tecnologia Têxtil e do Vestuário e Produtos
Têxteis Avançados. É Professor Associado do Departamento de Engenharia
Têxtil e Diretor do Centro de Ciência e Tecnologia Têxtil da Universidade do
Minho.
Fernando Ribeiro Oliveira
Graduado em Engenharia Têxtil pelo SENAI-CETIQT, tem mestrado em
Química Têxtil e doutorado em Engenharia Têxtil pela Universidade do
Minho (2009 - 2013). Possui ainda 4 anos de experiência profissional no
segmento têxtil na área de desenvolvimento, produção e controle de
qualidade de fios para aplicações técnicas. Atualmente é professor Adjundo
do Departamento de Engenharia Têxtil da UFRN.
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Têxteis Inteligentes – Uma breve revisão da literatura

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