Mes naudojame slapukus, kad pagerintume jūsų patirtį. Toliau naršydami šioje svetainėje, jūs sutinkate su mūsų slapukų naudojimu. Papildoma informacija.
Nešiojami slėgio jutikliai gali padėti stebėti žmonių sveikatą ir užtikrinti žmogaus ir kompiuterio sąveiką. Nuolat dedamos pastangos sukurti slėgio jutiklius, pasižyminčius universalia įrenginio konstrukcija ir dideliu jautrumu mechaniniam poveikiui.
Tyrimas: Tekstilinis pjezoelektrinis slėgio keitiklis, pagrįstas elektro verpimo būdu gautais polivinilidenfluorido nanofibrais ir 50 purkštukų, pagamintas pagal pynimo modelį. Vaizdo kreditas: African Studio/Shutterstock.com
Žurnale „npj Flexible Electronics“ paskelbtame straipsnyje aprašoma pjezoelektrinių slėgio keitiklių, skirtų audiniams, naudojant polietileno tereftalato (PET) metmenų siūlus ir polivinilidenfluorido (PVDF) ataudų siūlus, gamyba. Sukurto slėgio jutiklio veikimas, susijęs su slėgio matavimu pagal pynimo raštą, demonstruojamas maždaug 2 metrų masteliu audinyje.
Rezultatai rodo, kad slėgio jutiklio, optimizuoto naudojant 2/2 „canard“ konstrukciją, jautrumas yra 245 % didesnis nei 1/1 „canard“ konstrukcijos. Be to, optimizuotų audinių veikimui įvertinti buvo naudojami įvairūs įvesties duomenys, įskaitant lenkimą, suspaudimą, raukšlėjimąsi, sukimąsi ir įvairius žmogaus judesius. Šiame darbe audinių pagrindu sukurtas slėgio jutiklis su jutiklio pikselių masyvu pasižymi stabiliomis suvokimo charakteristikomis ir dideliu jautrumu.
Ryžiai. 1. PVDF siūlų ir daugiafunkcinių audinių paruošimas. a 50 antgalių elektroverpimo proceso, naudojamo lygiagretiems PVDF nanopluoštų kilimėliams gaminti, schema, kur vario strypai lygiagrečiai dedami ant konvejerio juostos, o žingsniai yra trijų pintų struktūrų paruošimas iš keturių sluoksnių monofilamentinių gijų. b Sulygiuotų PVDF pluoštų SEM vaizdas ir skersmenų pasiskirstymas. c Ketursluoksnio siūlų SEM vaizdas. d Ketursluoksnio siūlų tempiamasis stipris ir įtempis trūkimo metu, priklausomai nuo sukimo. e Ketursluoksnio siūlų rentgeno spindulių difrakcijos diagrama, rodanti alfa ir beta fazių buvimą. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R ir kt. (2022)
Sparčiai vystantis išmaniesiems robotams ir nešiojamiems elektroniniams prietaisams, atsirado daug naujų prietaisų, pagrįstų lanksčiais slėgio jutikliais, o jų taikymas elektronikoje, pramonėje ir medicinoje sparčiai vystosi.
Pjezoelektrumas yra elektros krūvis, susidarantis medžiagoje, kuri yra veikiama mechaninio įtempimo. Pjezoelektrumas asimetrinėse medžiagose leidžia manyti, kad mechaninis įtempis ir elektros krūvis yra tiesiogiai susiję. Todėl, kai pjezoelektrinės medžiagos gabalas fiziškai deformuojamas, susidaro elektros krūvis ir atvirkščiai.
Pjezoelektriniai įtaisai gali naudoti laisvą mechaninį šaltinį, kad užtikrintų alternatyvų maitinimo šaltinį elektroniniams komponentams, kurie sunaudoja mažai energijos. Įrenginio medžiagos tipas ir struktūra yra pagrindiniai parametrai, lemiantys elektromechaniniu sujungimu pagrįstų jutiklinių įtaisų gamybą. Be aukštos įtampos neorganinių medžiagų, nešiojamuose įrenginiuose taip pat buvo tiriamos mechaniškai lanksčios organinės medžiagos.
Elektroverpimo metodais į nanofibrus perdirbti polimerai yra plačiai naudojami kaip pjezoelektriniai energijos kaupimo įrenginiai. Pjezoelektriniai polimeriniai nanofibrai palengvina audinių pagrindu sukurtų struktūrų, skirtų dėvimoms reikmėms, kūrimą, užtikrindami elektromechaninę generaciją, pagrįstą mechaniniu elastingumu įvairiose aplinkose.
Šiuo tikslu plačiai naudojami pjezoelektriniai polimerai, įskaitant PVDF ir jo darinius, kurie pasižymi stipriu pjezoelektrumu. Šie PVDF pluoštai yra tempiami ir verpiami į audinius, skirtus pjezoelektrinėms reikmėms, įskaitant jutiklius ir generatorius.
2 pav. Didelio ploto audiniai ir jų fizinės savybės. Didelio 2/2 ataudų briaunų rašto, kurio matmenys iki 195 cm x 50 cm, nuotrauka. b 2/2 ataudų rašto, sudaryto iš vieno PVDF ataudų, įterpto dviem PET pagrindais, SEM vaizdas. c Įvairių audinių su 1/1, 2/2 ir 3/3 ataudų kraštais tamprumo modulis ir įtempis plyšimo metu. d yra audinio pakabinimo kampas, išmatuotas. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R ir kt. (2022)
Šiame darbe audinių generatoriai, paremti PVDF nanopluošto gijomis, yra konstruojami naudojant nuoseklų 50 purkštukų elektro verpimo procesą, kuriame 50 purkštukų naudojimas palengvina nanopluošto kilimėlių gamybą naudojant besisukantį juostinį konvejerio diržą. Naudojant PET siūlus, sukuriamos įvairios pynimo struktūros, įskaitant 1/1 (paprasto), 2/2 ir 3/3 ataudų strypus.
Ankstesniuose darbuose buvo pranešta apie vario naudojimą pluošto suderinimui, naudojant sulygiuotus varinius laidus ant pluošto surinkimo būgnų. Tačiau dabartinis darbas susideda iš lygiagrečių varinių strypų, išdėstytų 1,5 cm atstumu vienas nuo kito ant konvejerio juostos, siekiant padėti sulygiuoti verpimo įrankius, remiantis elektrostatine sąveika tarp įeinančių įkrautų pluoštų ir krūvių, esančių prie vario pluošto pritvirtintų pluoštų paviršiuje.
Skirtingai nuo anksčiau aprašytų talpinių arba pjezorezistinių jutiklių, šiame straipsnyje siūlomas audinių slėgio jutiklis reaguoja į platų įvesties jėgų diapazoną nuo 0,02 iki 694 niutonų. Be to, siūlomas audinio slėgio jutiklis išlaikė 81,3 % savo pradinės įvesties vertės po penkių standartinių skalbimų, o tai rodo slėgio jutiklio patvarumą.
Be to, jautrumo vertės, įvertinančios įtampos ir srovės rezultatus 1/1, 2/2 ir 3/3 briaunų mezgimui, parodė didelį 83 ir 36 mV/N įtampos jautrumą 2/2 ir 3/3 briaunų slėgiui. 3 ataudų jutikliai parodė atitinkamai 245 % ir 50 % didesnį šių slėgio jutiklių jautrumą, palyginti su 24 mV/N ataudų slėgio jutikliu 1/1.
Ryžiai. 3. Išplėstinis viso audinio slėgio jutiklio taikymas. a Vidpadžio slėgio jutiklio, pagaminto iš 2/2 ataudų briaunoto audinio, įkišto po dviem apskritais elektrodais, siekiant aptikti priekinės pėdos dalies (šiek tiek žemiau pirštų) ir kulno judėjimą, pavyzdys. b Kiekvieno atskiro ėjimo proceso etapo schema: kulno nusileidimas, įžeminimas, pirštų kontaktas ir kojos pakėlimas. c Įtampos išėjimo signalai, reaguojant į kiekvieną ėjimo žingsnio dalį, e Sustiprinti elektriniai signalai, susiję su kiekviena ėjimo faze. e Viso audinio slėgio jutiklio schema su iki 12 stačiakampių pikselių elementų masyvu su laidžiomis linijomis, išdėstytomis taip, kad būtų galima aptikti atskirus signalus iš kiekvieno pikselio. f Elektrinio signalo, generuojamo paspaudus pirštą ant kiekvieno pikselio, 3D žemėlapis. g Elektrinis signalas aptinkamas tik pirštu paspaustame pikselyje, o kituose pikseliuose negeneruojamas joks šoninis signalas, patvirtinantis, kad nėra trukdžių. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R ir kt. (2022)
Apibendrinant, šiame tyrime demonstruojamas labai jautrus ir nešiojamas audinių slėgio jutiklis, kuriame įmontuoti PVDF nanopluošto pjezoelektriniai siūlai. Pagaminti slėgio jutikliai turi platų įėjimo jėgų diapazoną nuo 0,02 iki 694 niutonų.
Vienoje prototipinėje elektrinėje verpimo mašinoje buvo panaudota penkiasdešimt purkštukų, o naudojant partijos konvejerį, pagrįstą variniais strypais, buvo pagamintas ištisinis nanopluoštų kilimėlis. Esant pertraukiamam spaudimui, pagamintas 2/2 ataudų apsiuvimo audinys parodė 83 mV/N jautrumą, kuris yra apie 245 % didesnis nei 1/1 ataudų apsiuvimo audinio.
Siūlomi visiškai austi slėgio jutikliai stebi elektrinius signalus, veikdami juos fiziologiniais judesiais, įskaitant sukimąsi, lenkimąsi, spaudimą, bėgimą ir ėjimą. Be to, šie audinių slėgio matuokliai yra panašūs į įprastus audinius savo patvarumu, išlaikant maždaug 81,3 % savo pradinės išeigos net po 5 standartinių skalbimų. Be to, pagamintas audinių jutiklis yra efektyvus sveikatos priežiūros sistemoje, generuodamas elektrinius signalus, pagrįstus nuolatiniais žmogaus ėjimo segmentais.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR ir kt. (2022). Audinio pjezoelektrinis slėgio jutiklis, pagrįstas elektro verpimo būdu gautais polivinilidenfluorido nanopluoštais su 50 purkštukų, priklausomai nuo pynimo rašto. Lanksti elektronika npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Atsakomybės apribojimas: Čia išreikštos nuomonės yra autoriaus asmeninės nuomonės ir nebūtinai atspindi AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, šios svetainės savininko ir operatoriaus, nuomonę. Šis atsakomybės apribojimas yra šios svetainės naudojimo sąlygų dalis.
Bhavna Kaveti yra mokslo rašytoja iš Haidarabado, Indijos. Ji turi magistro ir medicinos mokslų daktaro laipsnius, įgytus Vellore technologijos institute, Indijoje, bei organinės ir medicininės chemijos studijas Guanajuato universitete, Meksikoje. Jos mokslinis darbas susijęs su bioaktyviųjų molekulių, pagrįstų heterociklais, kūrimu ir sinteze, ji turi patirties daugiapakopėje ir daugiakomponentėje sintezėje. Doktorantūros tyrimų metu ji dirbo su įvairių heterociklų pagrindu surištų ir sulietų peptidomimetinių molekulių sinteze, kurios, kaip tikimasi, turi potencialą toliau funkcionalizuoti biologinį aktyvumą. Rašydama disertacijas ir mokslinius darbus, ji tyrinėjo savo aistrą moksliniam rašymui ir komunikacijai.
Cavity, Buffner. (2022 m. rugpjūčio 11 d.). Viso audinio slėgio jutiklis, skirtas nešiojamam sveikatos stebėjimui. AZonano. Gauta 2022 m. spalio 21 d. iš https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. „Visus audinius apimantis slėgio jutiklis, skirtas nešiojamam sveikatos stebėjimui“. AZonano.2022 m. spalio 21 d.2022 m. spalio 21 d.
Cavity, Buffner. „Visų audinių slėgio jutiklis, skirtas nešiojamam sveikatos stebėjimui“. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (2022 m. spalio 21 d. duomenimis).
Cavity, Buffner. 2022. Viso audinio slėgio jutiklis, skirtas nešiojamam sveikatos stebėjimui. AZoNano, žiūrėta 2022 m. spalio 21 d., https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Šiame interviu „AZoNano“ kalbasi su profesoriumi André Nelu apie novatorišką tyrimą, kuriame jis dalyvauja ir kuriame aprašomas „stiklinio burbulo“ nanonešiklio, galinčio padėti vaistams patekti į kasos vėžio ląsteles, kūrimas.
Šiame interviu „AZoNano“ kalbasi su Kalifornijos universiteto Berklyje profesoriumi Kingu Kongu Lee apie jo sukurtą Nobelio premijos laureatą technologiją – optinius pincetus.
Šiame interviu kalbamės su „SkyWater Technology“ apie puslaidininkių pramonės būklę, kaip nanotechnologijos padeda formuoti šią pramonę ir jų naują partnerystę.
„Inoveno PE-550“ yra geriausiai parduodama elektro verpimo/purškimo mašina, skirta nuolatinei nanopluošto gamybai.
„Filmetrics R54“ – pažangi puslaidininkių ir kompozicinių plokštelių lakštinio varžos kartografavimo priemonė.