Koristimo kolačiće kako bismo poboljšali vaše iskustvo. Nastavkom pregledavanja ove stranice pristajete na našu upotrebu kolačića. Dodatne informacije.
Nosivi senzori pritiska mogu pomoći u praćenju ljudskog zdravlja i ostvarivanju interakcije između čovjeka i računara. U toku su napori za stvaranje senzora pritiska s univerzalnim dizajnom uređaja i visokom osjetljivošću na mehanički stres.
Studija: Tekstilni piezoelektrični pretvarač pritiska zavisan od uzorka tkanja, baziran na elektrospredenim poliviniliden fluoridnim nanovlaknima sa 50 mlaznica. Zasluge za sliku: African Studio/Shutterstock.com
Članak objavljen u časopisu npj Flexible Electronics izvještava o izradi piezoelektričnih pretvarača pritiska za tkanine korištenjem polietilen tereftalatnih (PET) osnovnih niti i poliviniliden fluoridnih (PVDF) potkinih niti. Performanse razvijenog senzora pritiska u odnosu na mjerenje pritiska na osnovu uzorka tkanja demonstrirane su na skali tkanine od približno 2 metra.
Rezultati pokazuju da je osjetljivost senzora pritiska optimiziranog korištenjem 2/2 canard dizajna 245% veća od osjetljivosti 1/1 canard dizajna. Osim toga, korišteni su različiti ulazni podaci za procjenu performansi optimiziranih tkanina, uključujući savijanje, stiskanje, nabiranje, uvijanje i različite ljudske pokrete. U ovom radu, senzor pritiska baziran na tkivu s nizom piksela senzora pokazuje stabilne perceptivne karakteristike i visoku osjetljivost.
Riža. 1. Priprema PVDF niti i multifunkcionalnih tkanina. a Dijagram procesa elektropredenja sa 50 mlaznica koji se koristi za proizvodnju poravnatih prostirki od PVDF nanovlakana, gdje se bakrene šipke postavljaju paralelno na transportnu traku, a koraci su priprema tri pletene strukture od četveroslojnih monofilamentnih filamenata. b SEM slika i raspodjela promjera poravnatih PVDF vlakana. c SEM slika četveroslojne pređe. d Zatezna čvrstoća i prekidna deformacija četveroslojne pređe kao funkcija uvijanja. e Difrakcijski uzorak X-zraka četveroslojne pređe koji pokazuje prisustvo alfa i beta faza. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Brzi razvoj inteligentnih robota i nosivih elektronskih uređaja doveo je do pojave mnogih novih uređaja zasnovanih na fleksibilnim senzorima pritiska, a njihova primjena u elektronici, industriji i medicini se brzo razvija.
Piezoelektricitet je električni naboj generiran na materijalu koji je izložen mehaničkom naprezanju. Piezoelektricitet u asimetričnim materijalima omogućava linearni reverzibilni odnos između mehaničkog naprezanja i električnog naboja. Stoga, kada se komad piezoelektričnog materijala fizički deformira, stvara se električni naboj i obrnuto.
Piezoelektrični uređaji mogu koristiti slobodni mehanički izvor kako bi obezbijedili alternativni izvor napajanja za elektronske komponente koje troše malo energije. Vrsta materijala i struktura uređaja su ključni parametri za proizvodnju dodirnih uređaja zasnovanih na elektromehaničkom spajanju. Pored visokonaponskih neorganskih materijala, mehanički fleksibilni organski materijali su također istraženi u nosivim uređajima.
Polimeri prerađeni u nanovlakna metodama elektropredenja široko se koriste kao piezoelektrični uređaji za skladištenje energije. Piezoelektrična polimerna nanovlakna olakšavaju stvaranje dizajnerskih struktura na bazi tkanina za nosive primjene omogućavajući elektromehaničku generaciju zasnovanu na mehaničkoj elastičnosti u različitim okruženjima.
U tu svrhu se široko koriste piezoelektrični polimeri, uključujući PVDF i njegove derivate, koji imaju jak piezoelektričnost. Ova PVDF vlakna se izvlače i predu u tkanine za piezoelektrične primjene, uključujući senzore i generatore.
Slika 2. Tkanine velike površine i njihova fizička svojstva. Fotografija velikog uzorka 2/2 potke, dimenzija do 195 cm x 50 cm. b SEM slika uzorka 2/2 potke koji se sastoji od jedne PVDF potke isprepletene s dvije PET baze. c Modul i prekidna napetost u različitim tkaninama s rubovima potke 1/1, 2/2 i 3/3. d je ugao vješanja izmjeren za tkaninu. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
U ovom radu, generatori tkanina bazirani na PVDF nanofiber filamentima konstruirani su korištenjem sekvencijalnog procesa elektropredenja s 50 mlaznica, gdje upotreba 50 mlaznica olakšava proizvodnju nanofiber prostirki pomoću rotirajuće transportne trake. Različite strukture tkanja kreirane su korištenjem PET pređe, uključujući 1/1 (obična), 2/2 i 3/3 rebra potke.
U prethodnim radovima je opisana upotreba bakra za poravnavanje vlakana u obliku poravnanih bakrenih žica na bubnjevima za sakupljanje vlakana. Međutim, trenutni rad se sastoji od paralelnih bakrenih šipki razmaknutih 1,5 cm na transportnoj traci kako bi se pomoglo u poravnavanju mlaznica za predenje na osnovu elektrostatskih interakcija između dolaznih nabijenih vlakana i naboja na površini vlakana pričvršćenih za bakreno vlakno.
Za razliku od prethodno opisanih kapacitivnih ili piezorezistivnih senzora, senzor pritiska tkiva predložen u ovom radu reaguje na širok raspon ulaznih sila od 0,02 do 694 Njutna. Osim toga, predloženi senzor pritiska tkanine zadržao je 81,3% svog originalnog ulaza nakon pet standardnih pranja, što ukazuje na trajnost senzora pritiska.
Pored toga, vrijednosti osjetljivosti koje procjenjuju rezultate napona i struje za pletenje rebara 1/1, 2/2 i 3/3 pokazale su visoku osjetljivost na napon od 83 i 36 mV/N na pritisak 2/2 i 3/3 rebra. 3 senzora potke pokazala su 245% i 50% veću osjetljivost za ove senzore pritiska, respektivno, u poređenju sa senzorom pritiska potke 1/1 od 24 mV/N.
Riža. 3. Proširena primjena senzora pritiska u cijeloj tkanini. a Primjer senzora pritiska uloška napravljenog od 2/2 potke rebraste tkanine umetnutog ispod dvije kružne elektrode za detekciju pokreta prednjeg dijela stopala (odmah ispod prstiju) i pete. b Shematski prikaz svake faze pojedinačnih koraka u procesu hodanja: doskok pete, uzemljenje, kontakt s prstima i podizanje noge. c Izlazni naponski signali kao odgovor na svaki dio koraka hoda za analizu hoda i d Pojačani električni signali povezani sa svakom fazom hoda. e Shematski prikaz senzora pritiska cijelog tkiva s nizom od do 12 pravokutnih pikselnih ćelija s provodnim linijama oblikovanim za detekciju pojedinačnih signala iz svakog piksela. f 3D mapa električnog signala generiranog pritiskom prsta na svaki piksel. g Električni signal se detektuje samo u pikselu pritisnutom prstom, a u drugim pikselima se ne generira bočni signal, što potvrđuje da nema preslušavanja. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Zaključno, ova studija demonstrira visoko osjetljiv i nosivi senzor pritiska tkiva koji uključuje PVDF nanofiber piezoelektrične filamente. Proizvedeni senzori pritiska imaju širok raspon ulaznih sila od 0,02 do 694 Newtona.
Pedeset mlaznica korišteno je na jednom prototipu električne predionice, a kontinuirana podloga od nanovlakana proizvedena je korištenjem šaržnog transportera na bazi bakrenih šipki. Pod intermitentnom kompresijom, proizvedena tkanina s 2/2 potkim porubom pokazala je osjetljivost od 83 mV/N, što je oko 245% više od tkanine s 1/1 potkim porubom.
Predloženi senzori pritiska od tkanine prate električne signale podvrgavajući ih fiziološkim pokretima, uključujući uvijanje, savijanje, stiskanje, trčanje i hodanje. Osim toga, ovi mjerači pritiska tkanine su uporedivi s konvencionalnim tkaninama u pogledu izdržljivosti, zadržavajući približno 81,3% svog prvobitnog prinosa čak i nakon 5 standardnih pranja. Osim toga, proizvedeni senzor tkiva je efikasan u zdravstvenom sistemu generirajući električne signale na osnovu kontinuiranih segmenata hodanja osobe.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al. (2022). Piezoelektrični senzor pritiska u tkanini baziran na elektrospredenim poliviniliden fluoridnim nanovlakanima sa 50 mlaznica, u zavisnosti od uzorka tkanja. Fleksibilna elektronika npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Odricanje od odgovornosti: Stavovi izneseni ovdje su stavovi autora u njegovom ličnom svojstvu i ne odražavaju nužno stavove AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, vlasnika i operatera ove web stranice. Ovo odricanje od odgovornosti je dio uslova korištenja ove web stranice.
Bhavna Kaveti je naučna spisateljica iz Hyderabada, Indija. Ima magistarsku i doktorsku diplomu (MSc) sa Tehnološkog instituta Vellore u Indiji, a diplomu iz organske i medicinske hemije stekla je na Univerzitetu Guanajuato u Meksiku. Njen istraživački rad se odnosi na razvoj i sintezu bioaktivnih molekula baziranih na heterociklima, te ima iskustva u višestepenoj i višekomponentnoj sintezi. Tokom doktorskog istraživanja, radila je na sintezi različitih vezanih i spojenih peptidomimetičkih molekula baziranih na heterociklima za koje se očekuje da imaju potencijal da dalje funkcionalizuju biološku aktivnost. Dok je pisala disertacije i istraživačke radove, istraživala je svoju strast prema naučnom pisanju i komunikaciji.
Cavity, Buffner. (11. august 2022). Senzor pritiska u cijelosti izrađen od tkanine dizajniran za praćenje zdravlja na nosivim uređajima. AZonano. Preuzeto 21. oktobra 2022. sa https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. „Senzor pritiska svih tkiva dizajniran za praćenje zdravlja na nosivom uređaju“. AZonano.21. oktobar 2022.21. oktobar 2022.
Cavity, Buffner. „Senzor pritiska svih tkiva dizajniran za praćenje zdravlja na nosivim uređajima“. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Zaključno sa 21. oktobrom 2022.).
Cavity, Buffner. 2022. Senzor pritiska od tkanine dizajniran za praćenje zdravlja na nosivim uređajima. AZoNano, pristupljeno 21. oktobra 2022., https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
U ovom intervjuu, AZoNano razgovara s profesorom Andréom Nelom o inovativnoj studiji u koju je uključen, a koja opisuje razvoj nanonosača "staklenog mjehurića" koji može pomoći lijekovima da uđu u ćelije raka gušterače.
U ovom intervjuu, AZoNano razgovara sa King Kong Leejem sa UC Berkeleyja o njegovoj tehnologiji, optičkim pincetama, koja je osvojila Nobelovu nagradu.
U ovom intervjuu razgovaramo sa SkyWater Technology o stanju poluprovodničke industrije, kako nanotehnologija pomaže u oblikovanju industrije i njihovom novom partnerstvu.
Inoveno PE-550 je najprodavanija mašina za elektrospinning/prskanje za kontinuiranu proizvodnju nanovlakana.
Filmetrics R54 Napredni alat za mapiranje otpora slojeva za poluprovodničke i kompozitne pločice.