Sütiket használunk a felhasználói élmény javítása érdekében. A weboldal böngészésének folytatásával elfogadja a sütik használatát. További információk.
A viselhető nyomásérzékelők segíthetnek az emberi egészség monitorozásában és az ember-számítógép interakció megvalósításában. Folyamatban vannak az erőfeszítések univerzális eszközkialakítású és a mechanikai igénybevételre nagy érzékenységű nyomásérzékelők létrehozására.
Tanulmány: Szövésmintától függő textil piezoelektromos nyomásátalakító elektrofonással előállított polivinilidén-fluorid nanoszálak alapján, 50 fúvókával. Kép ​​forrása: African Studio/Shutterstock.com
Az npj Flexible Electronics folyóiratban megjelent cikk piezoelektromos nyomástávadók gyártásáról számol be polietilén-tereftalát (PET) láncfonalakat és polivinilidén-fluorid (PVDF) vetülékfonalakat használó szövetekhez. A kifejlesztett nyomásérzékelő teljesítményét a szövési minta alapján mért nyomás tekintetében egy körülbelül 2 méteres szövetméreten demonstrálják.
Az eredmények azt mutatják, hogy a 2/2-es kacsa kialakítással optimalizált nyomásérzékelő érzékenysége 245%-kal magasabb, mint az 1/1-es kacsa kialakításé. Ezenkívül különféle bemeneteket használtak az optimalizált szövetek teljesítményének értékelésére, beleértve a hajlítást, az összenyomódást, a gyűrődést, a csavarodást és a különféle emberi mozgásokat. Ebben a munkában egy érzékelő pixeltömbbel ellátott szövetalapú nyomásérzékelő stabil érzékelési jellemzőket és nagy érzékenységet mutat.
Táblázat. 1. PVDF szálak és multifunkcionális szövetek előkészítése. a) Egy 50 fúvókás elektrofonási eljárás ábrája, amelyet PVDF nanoszálak illesztett szőnyegeinek előállítására használnak, ahol a rézrudakat párhuzamosan helyezik el egy szállítószalagon, és a lépések a következők: három fonott szerkezet előállítása négyrétegű monofil szálakból. b) Az illesztett PVDF szálak SEM képe és átmérőeloszlása. c) Egy négyszálú fonal SEM képe. d) Egy négyszálú fonal szakítószilárdsága és szakadási nyúlása a sodrás függvényében. e) Egy négyszálú fonal röntgendiffrakciós mintázata, amely alfa és béta fázisok jelenlétét mutatja. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Az intelligens robotok és a viselhető elektronikus eszközök gyors fejlődése számos új, rugalmas nyomásérzékelőkön alapuló eszköz megjelenéséhez vezetett, és alkalmazásuk az elektronikában, az iparban és az orvostudományban gyorsan fejlődik.
A piezoelektromosság egy elektromos töltés, amely mechanikai igénybevételnek kitett anyagon keletkezik. Az aszimmetrikus anyagokban a piezoelektromosság lineáris, megfordítható kapcsolatot tesz lehetővé a mechanikai igénybevétel és az elektromos töltés között. Ezért, amikor egy piezoelektromos anyagdarab fizikai deformációnak van kitéve, elektromos töltés keletkezik, és fordítva.
A piezoelektromos eszközök szabad mechanikus forrást használhatnak alternatív áramforrásként a kis energiát fogyasztó elektronikus alkatrészek számára. Az eszköz anyagának típusa és szerkezete kulcsfontosságú paraméterek az elektromechanikus csatoláson alapuló érintőeszközök gyártásához. A nagyfeszültségű szervetlen anyagok mellett mechanikailag rugalmas szerves anyagokat is vizsgáltak viselhető eszközökben.
Az elektrofonási módszerekkel nanoszálakká feldolgozott polimereket széles körben használják piezoelektromos energiatároló eszközökként. A piezoelektromos polimer nanoszálak megkönnyítik a szövetalapú tervezési struktúrák létrehozását viselhető alkalmazásokhoz azáltal, hogy elektromechanikus generálást biztosítanak a mechanikai rugalmasság alapján különféle környezetekben.
Erre a célra széles körben használják a piezoelektromos polimereket, beleértve a PVDF-et és származékait, amelyek erős piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezeket a PVDF szálakat piezoelektromos alkalmazásokhoz, például érzékelőkhöz és generátorokhoz használt szövetekké húzzák és fonják.
2. ábra. Nagy felületű szövetek és fizikai tulajdonságaik. Fénykép egy nagyméretű, 2/2 vetülékszálas bordás mintáról, akár 195 cm x 50 cm-es méretben. b Egy 2/2 vetülékszálas minta pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) felvétele, amely egy PVDF vetülékszálból és két PET alapból áll. c Rugalmassági modulus és szakadási nyúlás különböző szövetekben 1/1, 2/2 és 3/3 vetülékszálas szélekkel. d a szövet mért függesztési szöge. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Jelen munkában PVDF nanoszálas szálakon alapuló szövetgenerátorokat készítenek egy szekvenciális 50 jetűs elektrofonási eljárással, ahol 50 fúvóka használata lehetővé teszi a nanoszálas paplanok előállítását forgó szállítószalag segítségével. Különböző szövési struktúrákat hoznak létre PET fonal felhasználásával, beleértve az 1/1 (sima), 2/2 és 3/3 vetülékbordákat.
Korábbi munkák már beszámoltak a réz használatáról szálak illesztéséhez, szálgyűjtő dobokon elhelyezett rézhuzalok formájában. A jelenlegi munka azonban párhuzamos, egymástól 1,5 cm távolságra elhelyezett rézrudakról áll egy szállítószalagon, amelyek a bejövő töltéssel rendelkező szálak és a rézszálhoz kapcsolódó szálak felületén lévő töltések közötti elektrosztatikus kölcsönhatások alapján segítik a fonófejek beállítását.
A korábban leírt kapacitív vagy piezorezisztív érzékelőkkel ellentétben az ebben a cikkben javasolt szövetnyomás-érzékelő széles, 0,02 és 694 Newton közötti bemeneti erőtartományra reagál. Ezenkívül a javasolt szövetnyomás-érzékelő öt standard mosás után is megtartotta eredeti bemenetének 81,3%-át, ami a nyomásérzékelő tartósságát jelzi.
Ezenkívül az 1/1, 2/2 és 3/3 bordás kötés feszültség- és áramerősség-eredményeit kiértékelő érzékenységi értékek 83 és 36 mV/N magas feszültségérzékenységet mutattak a 2/2 és 3/3 bordanyomás esetén. A 3 vetülékszálas érzékelő 245%-kal, illetve 50%-kal nagyobb érzékenységet mutatott ezeknél a nyomásérzékelőknél a 24 mV/N vetülékszálas nyomásérzékelőhöz képest.
Rice. 3. Teljes szövetből készült nyomásérzékelő kibővített alkalmazása. a Példa egy 2/2 vetülékszálú bordázott anyagból készült talpbetét nyomásérzékelőre, amelyet két kör alakú elektróda alá helyeznek a lábfej elülső részének (közvetlenül a lábujjak alatt) és a sarok mozgásának érzékelésére. b A járási folyamat egyes lépéseinek sematikus ábrázolása: sarokra érkezni, földelni, lábujjérintkezés és lábemelés. c Feszültségkimeneti jelek a járási lépés minden egyes részéhez válaszul a járáselemzéshez és d A járás minden egyes fázisához kapcsolódó erősített elektromos jelek. e Egy teljes szöveti nyomásérzékelő sematikus ábrázolása legfeljebb 12 téglalap alakú pixelcellából álló tömbbel, amelyek vezető vonalakkal vannak mintázva az egyes pixelekből származó egyedi jelek érzékelésére. f Az egyes pixelekre ujjal lenyomott elektromos jel 3D-s térképe. g Az elektromos jel csak az ujjal lenyomott pixelben érzékelhető, a többi pixelben nem keletkezik oldalsó jel, ami megerősíti, hogy nincs áthallás. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Összefoglalva, ez a tanulmány egy nagy érzékenységű és viselhető szöveti nyomásérzékelőt mutat be, amely PVDF nanoszálas piezoelektromos szálakat tartalmaz. A gyártott nyomásérzékelők széles bemeneti erőtartománnyal rendelkeznek, 0,02 és 694 Newton között.
Egy prototípus elektromos fonógépen ötven fúvókát használtak, és rézrudakon alapuló szakaszos szállítószalaggal folyamatos nanoszálas paplant állítottak elő. Szakaszos nyomás alatt a gyártott 2/2 vetülékfonalú szegélyszövet 83 mV/N érzékenységet mutatott, ami körülbelül 245%-kal magasabb, mint az 1/1 vetülékfonalú szegélyszövet.
A javasolt, teljes egészében szőtt nyomásérzékelők az elektromos jeleket fiziológiai mozgásoknak – többek között csavarásnak, hajlításnak, szorításnak, futásnak és járásnak – téve ki őket. Ezenkívül ezek a szövetből készült nyomásmérők tartósságukat tekintve összehasonlíthatók a hagyományos szövetekkel, eredeti tartósságuk körülbelül 81,3%-át megtartják még 5 standard mosás után is. Ezenkívül a gyártott szöveti érzékelő hatékonyan működik az egészségügyi rendszerben azáltal, hogy a személy járásának folyamatos szegmensei alapján elektromos jeleket generál.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR és mások. (2022). Elektromosan fonott polivinilidén-fluorid nanoszálakon alapuló, szövetből készült piezoelektromos nyomásérzékelő 50 fúvókával, a szövési mintától függően. Rugalmas elektronika npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Jogi nyilatkozat: Az itt kifejtett nézetek a szerző személyes minőségében képviselik őket, és nem feltétlenül tükrözik az AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, a weboldal tulajdonosának és üzemeltetőjének nézeteit. Ez a jogi nyilatkozat a weboldal felhasználási feltételeinek részét képezi.
Bhavna Kaveti tudományos író Hyderabadból, Indiából. Szerves és orvosi kémiából MSc és MD diplomáját a Vellore Műszaki Intézetben, Indiában, a mexikói Guanajuato Egyetemen szerezte. Kutatómunkája heterociklusokon alapuló bioaktív molekulák fejlesztésével és szintézisével kapcsolatos, és tapasztalattal rendelkezik többlépéses és többkomponensű szintézisben. Doktori kutatása során különféle heterocikluson alapuló, kötött és kondenzált peptidomimetikus molekulák szintézisén dolgozott, amelyek várhatóan képesek a biológiai aktivitás további funkcionalizálására. Disszertációk és kutatási cikkek írása közben kibontakoztatta a tudományos írás és kommunikáció iránti szenvedélyét.
Cavity, Buffner. (2022. augusztus 11.). Teljes szövetből készült nyomásérzékelő viselhető egészségügyi monitorozáshoz. AZonano. Letöltve: 2022. október 21., https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. „Teljes szöveti nyomásérzékelő, amelyet viselhető egészségügyi monitorozásra terveztek”. AZonano.2022. október 21.2022. október 21.
Cavity, Buffner. „Teljes szöveti nyomásérzékelő, amelyet viselhető egészségügyi monitorozásra terveztek”. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (2022. október 21-i állapot).
Cavity, Buffner. 2022. Teljesen szövetből készült nyomásérzékelő viselhető egészségügyi monitorozáshoz. AZoNano, hozzáférés: 2022. október 21., https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Ebben az interjúban az AZoNano André Nel professzorral beszélget egy innovatív tanulmányról, amelyben részt vesz, és amely egy „üvegbuborék” nanohordozó fejlesztését írja le, amely segíthet a gyógyszereknek bejutni a hasnyálmirigyrák-sejtekbe.
Ebben az interjúban az AZoNano a UC Berkeley-n dolgozó King Kong Lee-vel beszélget Nobel-díjas technológiájáról, az optikai csipeszről.
Ebben az interjúban a SkyWater Technology-val beszélgetünk a félvezetőipar helyzetéről, arról, hogy a nanotechnológia hogyan segít formálni az iparágat, és új partnerségükről.
Az Inoveno PE-550 a legkelendőbb elektrofonó/szóró gép a folyamatos nanoszálak gyártásához.
Filmetrics R54 Fejlett lemezellenállás-térképező eszköz félvezető és kompozit szeletekhez.