Χρησιμοποιούμε cookies για να βελτιώσουμε την εμπειρία σας. Συνεχίζοντας την περιήγησή σας σε αυτόν τον ιστότοπο, συμφωνείτε με τη χρήση των cookies. Πρόσθετες πληροφορίες.
Οι φορετοί αισθητήρες πίεσης μπορούν να βοηθήσουν στην παρακολούθηση της ανθρώπινης υγείας και στην πραγματοποίηση της αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή. Συνεχίζονται οι προσπάθειες για τη δημιουργία αισθητήρων πίεσης με καθολικό σχεδιασμό συσκευής και υψηλή ευαισθησία στη μηχανική καταπόνηση.
Μελέτη: Πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας πίεσης υφάσματος εξαρτώμενος από μοτίβο ύφανσης, βασισμένος σε ηλεκτροϊνοποιημένες νανοΐνες πολυβινυλιδενίου φθορίου με 50 ακροφύσια. Πίστωση εικόνας: African Studio/Shutterstock.com
Ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό npj Flexible Electronics αναφέρει την κατασκευή πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων πίεσης για υφάσματα χρησιμοποιώντας νήματα στημονιού από τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET) και νήματα υφαδιού από πολυβινυλιδενοφθορίδιο (PVDF). Η απόδοση του ανεπτυγμένου αισθητήρα πίεσης σε σχέση με τη μέτρηση πίεσης με βάση το σχέδιο ύφανσης αποδεικνύεται σε κλίμακα υφάσματος περίπου 2 μέτρων.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ευαισθησία ενός αισθητήρα πίεσης που βελτιστοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τον σχεδιασμό 2/2 canard είναι 245% υψηλότερη από αυτή του σχεδιασμού 1/1 canard. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκαν διάφορες εισροές για την αξιολόγηση της απόδοσης των βελτιστοποιημένων υφασμάτων, συμπεριλαμβανομένης της κάμψης, της συμπίεσης, της ζάρωσης, της συστροφής και διαφόρων ανθρώπινων κινήσεων. Σε αυτή την εργασία, ένας αισθητήρας πίεσης που βασίζεται σε ιστούς με μια συστοιχία pixel αισθητήρα παρουσιάζει σταθερά αντιληπτικά χαρακτηριστικά και υψηλή ευαισθησία.
Ρύζι. 1. Παρασκευή νημάτων PVDF και πολυλειτουργικών υφασμάτων. α Διάγραμμα μιας διαδικασίας ηλεκτροϊνοποίησης 50 ακροφυσίων που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ευθυγραμμισμένων στρώσεων νανοϊνών PVDF, όπου οι ράβδοι χαλκού τοποθετούνται παράλληλα σε έναν μεταφορικό ιμάντα, και τα βήματα είναι η προετοιμασία τριών πλεγμένων δομών από μονονημάτια νήματα τεσσάρων στρώσεων. β Εικόνα SEM και κατανομή διαμέτρου ευθυγραμμισμένων ινών PVDF. γ Εικόνα SEM ενός τετραπλού νήματος. δ Αντοχή σε εφελκυσμό και παραμόρφωση κατά τη θραύση ενός τετραπλού νήματος ως συνάρτηση της συστροφής. ε Διάγραμμα περίθλασης ακτίνων Χ ενός τετραπλού νήματος που δείχνει την παρουσία φάσεων άλφα και βήτα. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Η ραγδαία ανάπτυξη των έξυπνων ρομπότ και των φορετών ηλεκτρονικών συσκευών έχει οδηγήσει στην εμφάνιση πολλών νέων συσκευών που βασίζονται σε εύκαμπτους αισθητήρες πίεσης, και οι εφαρμογές τους στην ηλεκτρονική, τη βιομηχανία και την ιατρική εξελίσσονται ραγδαία.
Ο πιεζοηλεκτρισμός είναι ένα ηλεκτρικό φορτίο που παράγεται σε ένα υλικό που υπόκειται σε μηχανική καταπόνηση. Ο πιεζοηλεκτρισμός σε ασύμμετρα υλικά επιτρέπει μια γραμμική αναστρέψιμη σχέση μεταξύ της μηχανικής καταπόνησης και του ηλεκτρικού φορτίου. Επομένως, όταν ένα κομμάτι πιεζοηλεκτρικού υλικού παραμορφώνεται φυσικά, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό φορτίο και αντίστροφα.
Οι πιεζοηλεκτρικές συσκευές μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια ελεύθερη μηχανική πηγή για να παρέχουν μια εναλλακτική πηγή ενέργειας για ηλεκτρονικά εξαρτήματα που καταναλώνουν μικρή ενέργεια. Ο τύπος του υλικού και η δομή της συσκευής είναι βασικές παράμετροι για την παραγωγή συσκευών αφής που βασίζονται στην ηλεκτρομηχανική σύζευξη. Εκτός από τα ανόργανα υλικά υψηλής τάσης, έχουν επίσης διερευνηθεί μηχανικά εύκαμπτα οργανικά υλικά σε φορετές συσκευές.
Τα πολυμερή που υποβάλλονται σε επεξεργασία σε νανοΐνες με μεθόδους ηλεκτροϊνοποίησης χρησιμοποιούνται ευρέως ως πιεζοηλεκτρικές συσκευές αποθήκευσης ενέργειας. Οι πιεζοηλεκτρικές πολυμερικές νανοΐνες διευκολύνουν τη δημιουργία δομών σχεδιασμού με βάση το ύφασμα για εφαρμογές που φοριούνται, παρέχοντας ηλεκτρομηχανική παραγωγή με βάση τη μηχανική ελαστικότητα σε μια ποικιλία περιβαλλόντων.
Για τον σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται ευρέως πιεζοηλεκτρικά πολυμερή, συμπεριλαμβανομένου του PVDF και των παραγώγων του, τα οποία έχουν ισχυρή πιεζοηλεκτρική δράση. Αυτές οι ίνες PVDF έλκονται και περιστρέφονται σε υφάσματα για πιεζοηλεκτρικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων αισθητήρων και γεννητριών.
Σχήμα 2. Ιστοί μεγάλης επιφάνειας και οι φυσικές τους ιδιότητες. Φωτογραφία ενός μεγάλου μοτίβου πλευρών υφαδιού 2/2 έως 195 cm x 50 cm. β Εικόνα SEM ενός μοτίβου υφαδιού 2/2 που αποτελείται από ένα υφάδι PVDF με παρεμβολή δύο βάσεων PET. γ Μέτρο ελαστικότητας και παραμόρφωση κατά τη θραύση σε διάφορα υφάσματα με άκρες υφαδιού 1/1, 2/2 και 3/3. d είναι η γωνία κρέμασης που μετράται για το ύφασμα. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Στην παρούσα εργασία, κατασκευάζονται γεννήτριες υφασμάτων που βασίζονται σε νημάτια νανοΐνων PVDF χρησιμοποιώντας μια διαδοχική διαδικασία ηλεκτροϊνοποίησης 50 jet, όπου η χρήση 50 ακροφυσίων διευκολύνει την παραγωγή νανοϋλικών με χρήση περιστρεφόμενου ιμάντα μεταφοράς. Διάφορες δομές ύφανσης δημιουργούνται χρησιμοποιώντας νήμα PET, συμπεριλαμβανομένων νευρώσεων υφαδιού 1/1 (απλό), 2/2 και 3/3.
Προηγούμενη εργασία έχει αναφέρει τη χρήση χαλκού για την ευθυγράμμιση των ινών με τη μορφή ευθυγραμμισμένων χάλκινων συρμάτων σε βαρέλια συλλογής ινών. Ωστόσο, η τρέχουσα εργασία αποτελείται από παράλληλες χάλκινες ράβδους σε απόσταση 1,5 cm μεταξύ τους σε έναν μεταφορικό ιμάντα για να βοηθήσει στην ευθυγράμμιση των κλωστικών μηχανισμών με βάση τις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των εισερχόμενων φορτισμένων ινών και των φορτίων στην επιφάνεια των ινών που είναι προσαρτημένες στην ίνα χαλκού.
Σε αντίθεση με τους προηγουμένως περιγραφόμενους χωρητικούς ή πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες, ο αισθητήρας πίεσης ιστού που προτείνεται σε αυτή την εργασία ανταποκρίνεται σε ένα ευρύ φάσμα δυνάμεων εισόδου από 0,02 έως 694 Newton. Επιπλέον, ο προτεινόμενος αισθητήρας πίεσης υφάσματος διατήρησε το 81,3% της αρχικής εισόδου του μετά από πέντε τυπικές πλύσεις, υποδεικνύοντας την ανθεκτικότητα του αισθητήρα πίεσης.
Επιπλέον, οι τιμές ευαισθησίας που αξιολογούν τα αποτελέσματα τάσης και ρεύματος για πλέξιμο νευρώσεων 1/1, 2/2 και 3/3 έδειξαν υψηλή ευαισθησία τάσης 83 και 36 mV/N στην πίεση νευρώσεων 2/2 και 3/3. Οι αισθητήρες υφαδιού 3 επέδειξαν 245% και 50% υψηλότερη ευαισθησία για αυτούς τους αισθητήρες πίεσης, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τον αισθητήρα πίεσης υφαδιού 1/1 24 mV/N.
Ράις. 3. Εκτεταμένη εφαρμογή αισθητήρα πίεσης πλήρους υφάσματος. α Παράδειγμα αισθητήρα πίεσης εσωτερικής σόλας κατασκευασμένου από ύφασμα με ραβδώσεις 2/2 υφαδιού που εισάγεται κάτω από δύο κυκλικά ηλεκτρόδια για την ανίχνευση του μπροστινού μέρους του ποδιού (ακριβώς κάτω από τα δάχτυλα) και της κίνησης της φτέρνας. β Σχηματική αναπαράσταση κάθε σταδίου των μεμονωμένων βημάτων στη διαδικασία βάδισης: προσγείωση φτέρνας, γείωση, επαφή με τα δάχτυλα και ανύψωση ποδιού. γ Σήματα εξόδου τάσης σε απόκριση σε κάθε μέρος του βήματος βάδισης για ανάλυση βάδισης και δ Ενισχυμένα ηλεκτρικά σήματα που σχετίζονται με κάθε φάση του βάδισης. ε Σχηματική αναπαράσταση ενός αισθητήρα πίεσης πλήρους ιστού με μια συστοιχία έως και 12 ορθογώνιων κυψελών εικονοστοιχείων με αγώγιμες γραμμές που έχουν σχεδιαστεί για την ανίχνευση μεμονωμένων σημάτων από κάθε εικονοστοιχείο. στ Ένας τρισδιάστατος χάρτης του ηλεκτρικού σήματος που παράγεται πατώντας ένα δάχτυλο σε κάθε εικονοστοιχείο. ζ Ένα ηλεκτρικό σήμα ανιχνεύεται μόνο στο εικονοστοιχείο που πιέζεται με το δάχτυλο και δεν παράγεται πλευρικό σήμα σε άλλα εικονοστοιχεία, επιβεβαιώνοντας ότι δεν υπάρχει διασταυρούμενη ομιλία. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Συμπερασματικά, αυτή η μελέτη παρουσιάζει έναν εξαιρετικά ευαίσθητο και φορετό αισθητήρα πίεσης ιστού που ενσωματώνει πιεζοηλεκτρικά νήματα από νανοΐνες PVDF. Οι κατασκευασμένοι αισθητήρες πίεσης έχουν ένα ευρύ φάσμα δυνάμεων εισόδου από 0,02 έως 694 Newton.
Πενήντα ακροφύσια χρησιμοποιήθηκαν σε μία πρωτότυπη ηλεκτρική μηχανή κλώσης και ένα συνεχές στρώμα νανοϊνών κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας έναν μεταφορικό ιμάντα παρτίδων που βασιζόταν σε χάλκινες ράβδους. Υπό διακοπτόμενη συμπίεση, το κατασκευασμένο ύφασμα στριφώματος 2/2 weft έδειξε ευαισθησία 83 mV/N, η οποία είναι περίπου 245% υψηλότερη από το ύφασμα στριφώματος 1/1 weft.
Οι προτεινόμενοι αισθητήρες πίεσης, κατασκευασμένοι εξ ολοκλήρου από ύφασμα, παρακολουθούν τα ηλεκτρικά σήματα υποβάλλοντάς τα σε φυσιολογικές κινήσεις, όπως στρίψιμο, κάμψη, σφίξιμο, τρέξιμο και βάδισμα. Επιπλέον, αυτά τα μανόμετρα πίεσης υφάσματος είναι συγκρίσιμα με τα συμβατικά υφάσματα όσον αφορά την ανθεκτικότητα, διατηρώντας περίπου το 81,3% της αρχικής τους απόδοσης ακόμη και μετά από 5 τυπικές πλύσεις. Επιπλέον, ο κατασκευασμένος αισθητήρας ιστού είναι αποτελεσματικός στο σύστημα υγειονομικής περίθαλψης δημιουργώντας ηλεκτρικά σήματα με βάση συνεχή τμήματα του βαδίσματος ενός ατόμου.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al. (2022). Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας πίεσης υφάσματος βασισμένος σε ηλεκτροϊνοποιημένες νανοΐνες πολυβινυλιδενοφθοριδίου με 50 ακροφύσια, ανάλογα με το σχέδιο ύφανσης. Εύκαμπτα ηλεκτρονικά npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Αποποίηση ευθύνης: Οι απόψεις που εκφράζονται εδώ είναι αυτές του συγγραφέα υπό την προσωπική του ιδιότητα και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα τις απόψεις της AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, της ιδιοκτήτριας και διαχειριστή αυτού του ιστότοπου. Αυτή η αποποίηση ευθύνης αποτελεί μέρος των όρων χρήσης αυτού του ιστότοπου.
Η Bhavna Kaveti είναι επιστημονική συγγραφέας από το Hyderabad της Ινδίας. Είναι κάτοχος μεταπτυχιακού τίτλου (MSc) και διδακτορικού (MD) από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Vellore της Ινδίας στην οργανική και φαρμακευτική χημεία από το Πανεπιστήμιο Guanajuato του Μεξικού. Το ερευνητικό της έργο σχετίζεται με την ανάπτυξη και σύνθεση βιοδραστικών μορίων που βασίζονται σε ετεροκυκλικές ενώσεις και έχει εμπειρία στη σύνθεση πολλαπλών σταδίων και πολλαπλών συστατικών. Κατά τη διάρκεια της διδακτορικής της έρευνας, εργάστηκε στη σύνθεση διαφόρων δεσμευμένων και συγχωνευμένων πεπτιδομιμητικών μορίων με βάση ετεροκυκλικές ενώσεις, τα οποία αναμένεται να έχουν τη δυνατότητα να λειτουργικοποιήσουν περαιτέρω τη βιολογική δραστηριότητα. Κατά τη συγγραφή διατριβών και ερευνητικών εργασιών, εξερεύνησε το πάθος της για την επιστημονική γραφή και επικοινωνία.
Cavity, Buffner. (11 Αυγούστου 2022). Αισθητήρας πίεσης από ύφασμα σχεδιασμένος για φορητή παρακολούθηση της υγείας. AZonano. Ανακτήθηκε στις 21 Οκτωβρίου 2022 από https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. «Ένας αισθητήρας πίεσης για όλους τους ιστούς σχεδιασμένος για φορητή παρακολούθηση της υγείας». AZonano.21 Οκτωβρίου 2022.21 Οκτωβρίου 2022.
Cavity, Buffner. «Ένας αισθητήρας πίεσης για όλους τους ιστούς σχεδιασμένος για φορητή παρακολούθηση της υγείας». AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Από τις 21 Οκτωβρίου 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Αισθητήρας πίεσης από ύφασμα σχεδιασμένος για φορητή παρακολούθηση της υγείας. AZoNano, πρόσβαση στις 21 Οκτωβρίου 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Σε αυτήν τη συνέντευξη, ο AZoNano συνομιλεί με τον καθηγητή André Nel σχετικά με μια καινοτόμο μελέτη στην οποία συμμετέχει, η οποία περιγράφει την ανάπτυξη ενός νανοφορέα «γυάλινης φυσαλίδας» που μπορεί να βοηθήσει τα φάρμακα να εισέλθουν στα καρκινικά κύτταρα του παγκρέατος.
Σε αυτή τη συνέντευξη, ο AZoNano συνομιλεί με τον King Kong Lee του UC Berkeley για την τεχνολογία του, την οπτική τσιμπιδάκι, η οποία βραβεύτηκε με Νόμπελ.
Σε αυτήν τη συνέντευξη, μιλάμε στην SkyWater Technology για την κατάσταση της βιομηχανίας ημιαγωγών, πώς η νανοτεχνολογία συμβάλλει στη διαμόρφωση της βιομηχανίας και τη νέα τους συνεργασία.
Η Inoveno PE-550 είναι η μηχανή ηλεκτροϊνοποίησης/ψεκασμού με τις καλύτερες πωλήσεις για συνεχή παραγωγή νανοϊνών.
Filmetrics R54 Προηγμένο εργαλείο χαρτογράφησης αντίστασης φύλλου για πλακίδια ημιαγωγών και σύνθετων υλικών.