Χρησιμοποιούμε cookies για να βελτιώσουμε την εμπειρία σας.Συνεχίζοντας την περιήγηση σε αυτόν τον ιστότοπο, συμφωνείτε με τη χρήση των cookies από εμάς.Επιπλέον πληροφορίες.
Οι φορητοί 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 καθολική σχεδίαση συσκευής και υψηλή ευαισθησία στη μηχανική καταπόνηση.
Μελέτη: Πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας πίεσης υφαντικού εξαρτώμενου από μοτίβο βασισμένος σε νανοΐνες φθοριούχου πολυβινυλιδενίου με ηλεκτροϊνοποίηση 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 φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF).Η απόδοση του ανεπτυγμένου αισθητήρα πίεσης σε σχέση με τη μέτρηση πίεσης με βάση το σχέδιο ύφανσης αποδεικνύεται σε κλίμακα υφασμάτων περίπου 2 μέτρων.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ευαισθησία ενός αισθητήρα πίεσης που έχει βελτιστοποιηθεί με χρήση του σχεδίου καναντέρ 2/2 είναι 245% υψηλότερη από εκείνη του σχεδίου καναντέρ 1/1.Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκαν διάφορες εισροές για την αξιολόγηση της απόδοσης των βελτιστοποιημένων υφασμάτων, συμπεριλαμβανομένων κάμψης, συμπίεσης, τσαλακώματος, συστροφής και διαφόρων ανθρώπινων κινήσεων.Σε αυτή την εργασία, ένας αισθητήρας πίεσης με βάση τον ιστό με διάταξη εικονοστοιχείων αισθητήρα παρουσιάζει σταθερά αντιληπτικά χαρακτηριστικά και υψηλή ευαισθησία.
Ρύζι.1. Προετοιμασία νημάτων PVDF και πολυλειτουργικών υφασμάτων.ένα διάγραμμα μιας διαδικασίας ηλεκτροϊνοποίησης 50 ακροφυσίων που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ευθυγραμμισμένων χαλιών από νανοΐνες PVDF, όπου οι ράβδοι χαλκού τοποθετούνται παράλληλα σε έναν μεταφορικό ιμάντα και τα βήματα είναι η προετοιμασία τριών πλεγμένων δομών από νημάτια μονόινα τεσσάρων στρωμάτων.b Εικόνα SEM και κατανομή διαμέτρου ευθυγραμμισμένων ινών PVDF.c Εικόνα SEM ενός νήματος τεσσάρων φύλλων.δ Αντοχή σε εφελκυσμό και καταπόνηση κατά τη θραύση ενός νήματος τεσσάρων στρώσεων ως συνάρτηση της συστροφής.e Σχέδιο περίθλασης ακτίνων Χ ενός τετράφυλλου 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 ταχεία ανάπτυξη των ευφυών ρομπότ και των φορητών ηλεκτρονικών συσκευών έχει οδηγήσει σε πολλές νέες συσκευές που βασίζονται σε ευέλικτους αισθητήρες πίεσης και οι εφαρμογές τους στα ηλεκτρονικά, τη βιομηχανία και την ιατρική αναπτύσσονται με ταχείς ρυθμούς.
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 μηχανικής καταπόνησης και ηλεκτρικού φορτίου.Επομένως, όταν ένα κομμάτι πιεζοηλεκτρικού υλικού παραμορφώνεται φυσικά, δημιουργείται 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 ισχύ.Ο τύπος του υλικού και η δομή της συσκευής είναι βασικές παράμετροι για την παραγωγή συσκευών αφής που βασίζονται σε ηλεκτρομηχανική σύζευξη.Εκτός από τα ανόργανα υλικά υψηλής τάσης, μηχανικά εύκαμπτα οργανικά υλικά έχουν επίσης διερευνηθεί σε φορητές συσκευές.
Τα πολυμερή που μετατρέπονται σε νανοΐνες με μεθόδους ηλεκτροϊνοποίησης χρησιμοποιούνται ευρέως ως πιεζοηλεκτρικές συσκευές αποθήκευσης ενέργειας.Οι νανοΐνες πιεζοηλεκτρικών πολυμερών διευκολύνουν τη δημιουργία δομών σχεδίασης με βάση το ύφασμα για εφαρμογές που φοριούνται, παρέχοντας ηλεκτρομηχανική παραγωγή με βάση τη μηχανική ελαστικότητα σε ποικίλα περιβάλλοντα.
Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται ευρέως πιεζοηλεκτρικά πολυμερή, συμπεριλαμβανομένων των PVDF και των παραγώγων του, τα οποία έχουν ισχυρό πιεζοηλεκτρισμό.Αυτές οι ίνες PVDF σύρονται και περιστρέφονται σε υφάσματα για πιεζοηλεκτρικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων αισθητήρων και γεννητριών.
Εικόνα 2. Ιστοί μεγάλης επιφάνειας και οι φυσικές τους ιδιότητες.Φωτογραφία μεγάλου μοτίβου νευρώσεων υφαδιού 2/2 έως 195 cm x 50 cm.b Εικόνα SEM ενός μοτίβου υφαδιού 2/2 που αποτελείται από ένα υφάδι PVDF συμπλεγμένο με δύο βάσεις PET.γ Μέτρο και καταπόνηση στο σπάσιμο σε διάφορα υφάσματα με άκρες υφαδιού 1/1, 2/2 και 3/3.d είναι η γωνία ανάρτησης 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, οι γεννήτριες υφασμάτων που βασίζονται σε νήματα νανοϊνών PVDF κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας μια διαδοχική διαδικασία ηλεκτροϊνοποίησης 50 πίδακα, όπου η χρήση 50 ακροφυσίων διευκολύνει την παραγωγή χαλιών νανοϊνών χρησιμοποιώντας έναν περιστρεφόμενο ιμάντα μεταφοράς.Διάφορες δομές ύφανσης δημιουργούνται χρησιμοποιώντας νήματα PET, συμπεριλαμβανομένων 1/1 (απλή), 2/2 και 3/3 νεύρων υφαδιού.
Προηγούμενη εργασία έχει αναφέρει τη χρήση χαλκού για την ευθυγράμμιση ινών με τη μορφή ευθυγραμμισμένων χάλκινων συρμάτων σε τύμπανα συλλογής ινών.Ωστόσο, η τρέχουσα εργασία αποτελείται από παράλληλες χάλκινες ράβδους που απέχουν 1,5 cm μεταξύ τους σε έναν μεταφορικό ιμάντα για να βοηθήσουν στην ευθυγράμμιση των κλωστών με βάση τις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των εισερχόμενων φορτισμένων ινών και των φορτίων στην επιφάνεια των ινών που συνδέονται με την ίνα χαλκού.
Σε αντίθεση με τους χωρητικούς ή πιεζοαντιστικούς αισθητήρες που περιγράφηκαν προηγουμένως, ο αισθητήρας πίεσης ιστού που προτείνεται σε αυτό το άρθρο 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 του εισόδου μετά από πέντε τυπικές πλύσεις, υποδεικνύοντας την ανθεκτικότητα του αισθητήρα πίεσης.
Επιπλέον, οι τιμές ευαισθησίας που αξιολογούν τα αποτελέσματα τάσης και ρεύματος για πλέξιμο ραβδώσεων 1/1, 2/2 και 3/3 έδειξαν ευαισθησία υψηλής τάσης 83 και 36 mV/N έως πίεση νευρώσεων 2/2 και 3/3.3 αισθητήρες υφαδιού επέδειξαν 245% και 50% υψηλότερη ευαισθησία για αυτούς τους αισθητήρες πίεσης, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τον αισθητήρα πίεσης υφαδιού 24 mV/N 1/1.
Ρύζι.3. Διευρυμένη εφαρμογή του αισθητήρα πίεσης πλήρους υφάσματος.Παράδειγμα αισθητήρα πίεσης εσωτερικής σόλας από ύφασμα με ραβδώσεις 2/2 υφαδιού που εισάγεται κάτω από δύο κυκλικά ηλεκτρόδια για να ανιχνεύει το μπροστινό μέρος του ποδιού (ακριβώς κάτω από τα δάχτυλα των ποδιών) και την κίνηση της φτέρνας.β Σχηματική αναπαράσταση κάθε σταδίου των επιμέρους βημάτων στη διαδικασία βάδισης: προσγείωση φτέρνας, γείωση, επαφή με τα δάχτυλα και ανύψωση ποδιών.c Σήματα εξόδου τάσης σε απόκριση σε κάθε τμήμα του βήματος βάδισης για ανάλυση βάδισης και d Ενισχυμένα ηλεκτρικά σήματα που σχετίζονται με κάθε φάση της βάδισης.e Σχηματική απεικόνιση ενός αισθητήρα πίεσης πλήρους ιστού με μια συστοιχία έως και 12 ορθογώνιων κυψελών pixel με αγώγιμες γραμμές διαμορφωμένες για την ανίχνευση μεμονωμένων σημάτων από κάθε pixel.f Ένας τρισδιάστατος χάρτης του ηλεκτρικού σήματος που παράγεται με το πάτημα ενός δακτύλου σε κάθε pixel.g Ένα ηλεκτρικό σήμα ανιχνεύεται μόνο στο εικονοστοιχείο που πιέζεται με το δάχτυλο και δεν δημιουργείται πλευρικό σήμα σε άλλα εικονοστοιχεία, επιβεβαιώνοντας ότι δεν υπάρχει αλληλεπίδραση.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al.(2022)
Συμπερασματικά, αυτή η μελέτη καταδεικνύει έναν εξαιρετικά ευαίσθητο και φορετό αισθητήρα πίεσης ιστού που ενσωματώνει πιεζοηλεκτρικά νημάτια νανοϊνών PVDF.Οι κατασκευασμένοι αισθητήρες πίεσης έχουν ένα ευρύ φάσμα δυνάμεων εισόδου από 0,02 έως 694 Newton.
Πενήντα ακροφύσια χρησιμοποιήθηκαν σε ένα πρωτότυπο ηλεκτρικό μηχάνημα κλώσης και ένα συνεχές στρώμα από νανοΐνες κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας έναν μεταφορέα παρτίδας βασισμένο σε χάλκινες ράβδους.Υπό διαλείπουσα συμπίεση, το κατασκευασμένο ύφασμα στρίφωμα 2/2 υφαδιού έδειξε ευαισθησία 83 mV/N, που είναι περίπου 245% υψηλότερη από το ύφασμα στρίφωμα 1/1 υφαδιού.
Οι προτεινόμενοι αισθητήρες πίεσης ολοσχερώς παρακολουθούν τα ηλεκτρικά σήματα υποβάλλοντάς τα σε φυσιολογικές κινήσεις, όπως συστροφή, κάμψη, συμπίεση, τρέξιμο και περπάτημα.Επιπλέον, αυτά τα υφασμάτινα μετρητές πίεσης 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 παράγοντας ηλεκτρικά σήματα που βασίζονται σε συνεχή τμήματα του περπατήματος ενός ατόμου.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al.(2022).Υφασμάτινος πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας πίεσης βασισμένος σε νανοΐνες φθοριούχου πολυβινυλιδενίου με ηλεκτροϊνοποίηση με 50 ακροφύσια, ανάλογα με το σχέδιο ύφανσης.Ευέλικτα 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, του κατόχου και του χειριστή 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 MSc και MD από το Vellore Institute of Technology, Ινδία.στην οργανική και φαρμακευτική χημεία από το Πανεπιστήμιο του Guanajuato, Μεξικό.Το ερευνητικό της έργο σχετίζεται με την ανάπτυξη και σύνθεση βιοδραστικών μορίων που βασίζονται σε ετερόκυκλους και έχει εμπειρία στη σύνθεση πολλαπλών βημάτων και πολλαπλών συστατικών.Κατά τη διάρκεια της διδακτορικής της έρευνας, εργάστηκε στη σύνθεση διαφόρων συνδεδεμένων και συντηγμένων πεπτιδομιμητικών μορίων που βασίζονται σε ετερόκυκλο, τα οποία αναμένεται να έχουν τη δυνατότητα να ενεργοποιήσουν περαιτέρω τη βιολογική δραστηριότητα.Ενώ έγραφε διατριβές και ερευνητικές εργασίες, διερεύνησε το πάθος της για την επιστημονική γραφή και την επικοινωνία.
Cavity, Buffner.(11 Αυγούστου 2022).Αισθητήρας πίεσης πλήρους υφάσματος σχεδιασμένος για παρακολούθηση της υγείας που φοριέται.AZonano.Ανακτήθηκε στις 21 Οκτωβρίου 2022 από https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner."Ένας αισθητήρας πίεσης παντός ιστού σχεδιασμένος για παρακολούθηση της υγείας που φοριέται".AZonano.21 Οκτωβρίου 2022 .21 Οκτωβρίου 2022 .
Cavity, Buffner."Ένας αισθητήρας πίεσης παντός ιστού σχεδιασμένος για παρακολούθηση της υγείας που φοριέται".AZonano.https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.(Από τις 21 Οκτωβρίου 2022).
Cavity, Buffner.2022. Αισθητήρας πίεσης από πανί, σχεδιασμένος για παρακολούθηση της υγείας που φοριέται.AZoNano, πρόσβαση στις 21 Οκτωβρίου 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Σε αυτή τη συνέντευξη, ο AZoNano μιλά στον καθηγητή André Nel για 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 μιλά με τον King Kong Lee του UC Berkeley για την τεχνολογία που έχει βραβευτεί με Νόμπελ, τα οπτικά τσιμπιδάκια.
Σε αυτή τη συνέντευξη, μιλάμε στην SkyWater Technology για την κατάσταση της βιομηχανίας ημιαγωγών, πώς η νανοτεχνολογία βοηθά στη διαμόρφωση της βιομηχανίας και τη νέα τους συνεργασία.
Το Inoveno PE-550 είναι το μηχάνημα ηλεκτροϊνοποίησης/ψεκασμού με τις περισσότερες πωλήσεις για συνεχή παραγωγή νανοϊνών.
Filmetrics R54 Προηγμένο εργαλείο χαρτογράφησης αντίστασης φύλλου για γκοφρέτες ημιαγωγών και σύνθετων.