Na zlepšenie vášho zážitku používame cookies.Pokračovaním v prehliadaní tejto stránky súhlasíte s naším používaním cookies.Ďalšie informácie.
Nositeľné tlakové senzory môžu pomôcť monitorovať ľudské zdravie a realizovať interakciu medzi človekom a počítačom.Pokračujú snahy o vytvorenie tlakových snímačov s univerzálnym dizajnom zariadenia a vysokou citlivosťou na mechanické namáhanie.
Štúdia: Textilný piezoelektrický tlakový menič závislý od vzoru na báze elektrospriadaných polyvinylidénfluoridových nanovlákien s 50 dýzami.Obrazový kredit: African Studio/Shutterstock.com
Článok publikovaný v časopise npj Flexible Electronics informuje o výrobe piezoelektrických tlakových meničov pre tkaniny s použitím polyetyléntereftalátových (PET) osnovných priadzí a útkových priadzí z polyvinylidénfluoridu (PVDF).Výkon vyvinutého tlakového senzora vo vzťahu k meraniu tlaku na základe vzoru tkania je demonštrovaný na látkovej stupnici približne 2 metre.
Výsledky ukazujú, že citlivosť tlakového senzora optimalizovaného pomocou 2/2 canard dizajnu je o 245 % vyššia ako citlivosť 1/1 canard dizajnu.Okrem toho sa na vyhodnotenie výkonu optimalizovaných tkanín použili rôzne vstupy vrátane ohýbania, stláčania, krčenia, krútenia a rôznych ľudských pohybov.V tejto práci tkanivový tlakový senzor s pixelovým poľom snímača vykazuje stabilné percepčné charakteristiky a vysokú citlivosť.
Ryža.1. Príprava PVDF nití a multifunkčných tkanín.Schéma procesu elektrostatického zvlákňovania s 50 dýzami používaného na výrobu zarovnaných rohoží z PVDF nanovlákien, kde sú medené tyče umiestnené paralelne na dopravnom páse a krokmi je príprava troch pletených štruktúr zo štvorvrstvových monofilných vlákien.b SEM obraz a distribúcia priemeru zarovnaných PVDF vlákien.c SEM obrázok štvorvrstvovej priadze.d Pevnosť v ťahu a napätie pri pretrhnutí štvorvrstvovej priadze ako funkcia zákrutu.e Röntgenový difrakčný obrazec štvorvrstvovej priadze ukazujúci prítomnosť alfa a beta fáz.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R a kol.(2022)
Rýchly vývoj inteligentných robotov a nositeľných elektronických zariadení dal vzniknúť mnohým novým zariadeniam založeným na flexibilných tlakových senzoroch a ich aplikácie v elektronike, priemysle a medicíne sa rýchlo rozvíjajú.
Piezoelektrina je elektrický náboj generovaný na materiáli, ktorý je vystavený mechanickému namáhaniu.Piezoelektrina v asymetrických materiáloch umožňuje lineárny reverzibilný vzťah medzi mechanickým namáhaním a elektrickým nábojom.Preto, keď je kus piezoelektrického materiálu fyzicky deformovaný, vzniká elektrický náboj a naopak.
Piezoelektrické zariadenia môžu využívať voľný mechanický zdroj na poskytnutie alternatívneho zdroja energie pre elektronické komponenty, ktoré spotrebúvajú málo energie.Typ materiálu a konštrukcia zariadenia sú kľúčové parametre pre výrobu dotykových zariadení na báze elektromechanickej väzby.Okrem vysokonapäťových anorganických materiálov sa v nositeľných zariadeniach skúmali aj mechanicky flexibilné organické materiály.
Polyméry spracované na nanovlákna metódami elektrostatického zvlákňovania sú široko používané ako piezoelektrické zariadenia na ukladanie energie.Piezoelektrické polymérne nanovlákna uľahčujú vytváranie dizajnových štruktúr na báze tkanín pre nositeľné aplikácie poskytovaním elektromechanického generovania založeného na mechanickej elasticite v rôznych prostrediach.
Na tento účel sa široko používajú piezoelektrické polyméry, vrátane PVDF a jeho derivátov, ktoré majú silnú piezoelektrickú energiu.Tieto PVDF vlákna sa ťahajú a spriadajú do tkanín pre piezoelektrické aplikácie vrátane senzorov a generátorov.
Obrázok 2. Veľkoplošné tkanivá a ich fyzikálne vlastnosti.Fotografia veľkého vzoru 2/2 útkového rebra až do 195 cm x 50 cm.b SEM obraz 2/2 útkového vzoru pozostávajúceho z jedného PVDF útku prepleteného dvoma PET základňami.c Modul a napätie pri pretrhnutí v rôznych tkaninách s 1/1, 2/2 a 3/3 okrajmi útku.d je uhol zavesenia nameraný pre látku.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R a kol.(2022)
V tejto práci sú generátory tkanín na báze PVDF nanovlákien konštruované pomocou sekvenčného 50-tryskového elektrospinningu, kde použitie 50 dýz uľahčuje výrobu nanovlákenných rohoží pomocou rotujúceho pásového dopravníka.Pomocou PET priadze sa vytvárajú rôzne väzbové štruktúry, vrátane 1/1 (hladký), 2/2 a 3/3 útkových rebier.
Predchádzajúce práce uvádzali použitie medi na zarovnanie vlákien vo forme zarovnaných medených drôtov na bubnoch na zber vlákien.Súčasná práca však pozostáva z paralelných medených tyčí vzdialených od seba 1,5 cm na dopravnom páse, ktoré pomáhajú zarovnať zvlákňovacie dýzy na základe elektrostatických interakcií medzi prichádzajúcimi nabitými vláknami a nábojmi na povrchu vlákien pripojených k medenému vláknu.
Na rozdiel od skôr opísaných kapacitných alebo piezorezistívnych senzorov, senzor tlaku tkaniva navrhnutý v tomto článku reaguje na široký rozsah vstupných síl od 0,02 do 694 Newtonov.Okrem toho si navrhovaný senzor tlaku látky po piatich štandardných praniach zachoval 81,3 % svojho pôvodného príkonu, čo naznačuje životnosť senzora tlaku.
Okrem toho hodnoty citlivosti vyhodnocujúce výsledky napätia a prúdu pre 1/1, 2/2 a 3/3 pletenie rebier ukázali vysokú napäťovú citlivosť 83 a 36 mV/N až 2/2 a 3/3 tlaku rebier.3 snímače útku preukázali o 245 % a 50 % vyššiu citlivosť pre tieto snímače tlaku v porovnaní so snímačom tlaku útku 1/1 24 mV/N.
Ryža.3. Rozšírená aplikácia celolátkového tlakového senzora.Príklad snímača tlaku vložky vyrobeného z 2/2 útkovej rebrovanej tkaniny vloženej pod dve kruhové elektródy na detekciu pohybu prednej časti chodidla (tesne pod prstami) a päty.b Schematické znázornenie každej fázy jednotlivých krokov v procese chôdze: doskok na pätu, uzemnenie, kontakt prstov a zdvih nôh.c Výstupné napäťové signály v reakcii na každú časť kroku chôdze pre analýzu chôdze a d Zosilnené elektrické signály súvisiace s každou fázou chôdze.e Schéma plného snímača tlaku v tkanivách s poľom až 12 obdĺžnikových pixelových buniek s vodivými čiarami vzorovanými na detekciu jednotlivých signálov z každého pixelu.f 3D mapa elektrického signálu generovaného stlačením prsta na každý pixel.g Elektrický signál sa deteguje iba v pixeli stlačenom prstom a v iných pixeloch sa negeneruje žiadny bočný signál, čo potvrdzuje, že nedochádza k presluchom.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R a kol.(2022)
Na záver, táto štúdia demonštruje vysoko citlivý a nositeľný tkanivový tlakový senzor obsahujúci piezoelektrické vlákna z nanovlákien PVDF.Vyrábané tlakové snímače majú široký rozsah vstupných síl od 0,02 do 694 Newtonov.
Na jednom prototype elektrického spriadacieho stroja sa použilo 50 dýz a pomocou dávkového dopravníka na báze medených tyčí sa vyrobila súvislá rohož z nanovlákien.Pri prerušovanom stláčaní vykazovala vyrobená tkanina 2/2 útkového lemu citlivosť 83 mV/N, čo je asi o 245 % viac ako tkanina 1/1 útkového lemu.
Navrhované celotkané tlakové senzory monitorujú elektrické signály tak, že ich podrobujú fyziologickým pohybom, vrátane krútenia, ohýbania, stláčania, behu a chôdze.Okrem toho sú tieto tlakomery porovnateľné s bežnými tkaninami, čo sa týka životnosti, pričom si aj po 5 štandardných praniach zachovávajú približne 81,3 % svojej pôvodnej výťažnosti.Okrem toho je vyrobený tkanivový senzor účinný v systéme zdravotnej starostlivosti tým, že generuje elektrické signály na základe súvislých segmentov chôdze človeka.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR a kol.(2022).Látkový piezoelektrický tlakový senzor na báze elektrospriadaných polyvinylidénfluoridových nanovlákien s 50 dýzami v závislosti od vzoru väzby.Flexibilná elektronika npj.https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Zrieknutie sa zodpovednosti: Názory vyjadrené tu sú názormi autora v jeho osobnej funkcii a nemusia nevyhnutne odrážať názory AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, vlastníka a prevádzkovateľa tejto webovej stránky.Toto vylúčenie zodpovednosti je súčasťou podmienok používania tejto webovej stránky.
Bhavna Kaveti je vedecká spisovateľka z Hyderabadu v Indii.Je držiteľkou MSc a MD na Technologickom inštitúte Vellore v Indii.v organickej a medicínskej chémii z University of Guanajuato, Mexiko.Jej výskumná práca súvisí s vývojom a syntézou bioaktívnych molekúl na báze heterocyklov a má skúsenosti s viackrokovou a viaczložkovou syntézou.Počas svojho doktorandského výskumu pracovala na syntéze rôznych naviazaných a fúzovaných peptidomimetických molekúl na báze heterocyklov, od ktorých sa očakáva, že budú mať potenciál ďalej funkcionalizovať biologickú aktivitu.Počas písania dizertačných a výskumných prác skúmala svoju vášeň pre vedecké písanie a komunikáciu.
Dutina, Buffner.(11. augusta 2022).Kompletný snímač tlaku tkaniny určený na monitorovanie zdravia nositeľov.AZonano.Získané 21. októbra 2022 z https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Dutina, Buffner.„Celotkanivový tlakový senzor navrhnutý na monitorovanie zdravia nositeľov“.AZonano.21. októbra 2022 .21. októbra 2022 .
Dutina, Buffner.„Celotkanivový tlakový senzor navrhnutý na monitorovanie zdravia nositeľov“.AZonano.https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.(K 21. októbru 2022).
Dutina, Buffner.2022. Celoplátkový tlakový senzor určený na sledovanie zdravotného stavu nositeľov.AZoNano, prístup 21. októbra 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
V tomto rozhovore AZoNano hovorí s profesorom André Nelom o inovatívnej štúdii, na ktorej sa podieľa a ktorá popisuje vývoj nanonosiča „sklenenej bubliny“, ktorý môže pomôcť liekom vstúpiť do rakovinových buniek pankreasu.
V tomto rozhovore AZoNano hovorí s King Kong Lee z UC Berkeley o svojej technológii, ktorá získala Nobelovu cenu, optických pinzetách.
V tomto rozhovore hovoríme so SkyWater Technology o stave polovodičového priemyslu, o tom, ako nanotechnológie pomáhajú formovať toto odvetvie, ao ich novom partnerstve.
Inoveno PE-550 je najpredávanejší elektrospinning/striekací stroj na kontinuálnu výrobu nanovlákien.
Filmetrics R54 Pokročilý nástroj na mapovanie plošného odporu pre polovodičové a kompozitné doštičky.