Vi bruger cookies til at forbedre din oplevelse. Ved at fortsætte med at bruge dette websted accepterer du vores brug af cookies. Yderligere oplysninger.
Bærbare tryksensorer kan hjælpe med at overvåge menneskers sundhed og realisere interaktion mellem menneske og computer. Der arbejdes igangværende på at skabe tryksensorer med et universelt enhedsdesign og høj følsomhed over for mekanisk stress.
Undersøgelse: Vævemønsterafhængig piezoelektrisk tryktransducer i tekstil baseret på elektrospundne polyvinylidenfluorid-nanofibre med 50 dyser. Billedkredit: African Studio/Shutterstock.com
En artikel offentliggjort i tidsskriftet npj Flexible Electronics rapporterer om fremstillingen af ​​piezoelektriske tryktransducere til tekstiler ved hjælp af polyethylenterephthalat (PET) kædegarner og polyvinylidenfluorid (PVDF) skudgarner. Den udviklede tryksensors ydeevne i forhold til trykmåling baseret på vævemønsteret demonstreres på en stofskala på cirka 2 meter.
Resultaterne viser, at følsomheden af ​​en tryksensor optimeret ved hjælp af 2/2 canard-designet er 245 % højere end 1/1 canard-designet. Derudover blev forskellige input brugt til at evaluere de optimerede stoffers ydeevne, herunder fleksion, klemning, rynkning, vridning og forskellige menneskelige bevægelser. I dette arbejde udviser en vævsbaseret tryksensor med en sensorpixelmatrix stabile perceptuelle egenskaber og høj følsomhed.
Ris. 1. Fremstilling af PVDF-tråde og multifunktionelle stoffer. et diagram over en 50-dyses elektrospinningsproces, der bruges til at producere justerede måtter af PVDF-nanofibre, hvor kobberstænger placeres parallelt på et transportbånd, og trinnene er at fremstille tre flettede strukturer fra firelags monofilamentfilamenter. b SEM-billede og diameterfordeling af justerede PVDF-fibre. c SEM-billede af et firelags garn. d Trækstyrke og brudspænding af et firelags garn som funktion af vridning. e Røntgendiffraktionsmønster af et firelags garn, der viser tilstedeværelsen af ​​alfa- og beta-faser. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Den hurtige udvikling af intelligente robotter og bærbare elektroniske enheder har givet anledning til mange nye enheder baseret på fleksible tryksensorer, og deres anvendelser inden for elektronik, industri og medicin er inde i en hastig udvikling.
Piezoelektricitet er en elektrisk ladning, der genereres på et materiale, der udsættes for mekanisk belastning. Piezoelektricitet i asymmetriske materialer muliggør et lineært reversibelt forhold mellem mekanisk belastning og elektrisk ladning. Derfor, når et stykke piezoelektrisk materiale deformeres fysisk, skabes der en elektrisk ladning, og omvendt.
Piezoelektriske enheder kan bruge en fri mekanisk kilde til at give en alternativ strømkilde til elektroniske komponenter, der bruger lidt strøm. Materialetypen og enhedens struktur er nøgleparametre for produktionen af ​​berøringsenheder baseret på elektromekanisk kobling. Ud over uorganiske materialer med høj spænding er mekanisk fleksible organiske materialer også blevet udforsket i bærbare enheder.
Polymerer forarbejdet til nanofibre ved hjælp af elektrospinningmetoder anvendes i vid udstrækning som piezoelektriske energilagringsenheder. Piezoelektriske polymer-nanofibre letter skabelsen af ​​stofbaserede designstrukturer til bærbare anvendelser ved at give elektromekanisk generering baseret på mekanisk elasticitet i en række forskellige miljøer.
Til dette formål anvendes piezoelektriske polymerer i vid udstrækning, herunder PVDF og dets derivater, som har stærk piezoelektricitet. Disse PVDF-fibre trækkes og spindes til tekstiler til piezoelektriske anvendelser, herunder sensorer og generatorer.
Figur 2. Storvæv og deres fysiske egenskaber. Fotografi af et stort 2/2 skudmønster med ribben op til 195 cm x 50 cm. b SEM-billede af et 2/2 skudmønster bestående af én PVDF-skudtråd sammenflettet med to PET-baser. c Modul og brudtøjning i forskellige stoffer med 1/1, 2/2 og 3/3 skudkanter. d er den målte ophængningsvinkel for stoffet. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
I dette arbejde konstrueres stofgeneratorer baseret på PVDF-nanofiberfilamenter ved hjælp af en sekventiel 50-jets elektrospinningsproces, hvor brugen af ​​50 dyser letter produktionen af ​​nanofibermåtter ved hjælp af et roterende transportbånd. Forskellige vævestrukturer skabes ved hjælp af PET-garn, herunder 1/1 (almindelig), 2/2 og 3/3 skudribber.
Tidligere arbejde har rapporteret brugen af ​​kobber til fiberjustering i form af justerede kobbertråde på fiberopsamlingstromler. Det nuværende arbejde består dog af parallelle kobberstænger anbragt med 1,5 cm mellemrum på et transportbånd for at hjælpe med at justere spindedyserne baseret på elektrostatiske interaktioner mellem indkommende ladede fibre og ladninger på overfladen af ​​fibrene, der er fastgjort til kobberfiberen.
I modsætning til tidligere beskrevne kapacitive eller piezoresistive sensorer reagerer den foreslåede vævstryksensor i denne artikel på en bred vifte af inputkræfter fra 0,02 til 694 Newton. Derudover bevarede den foreslåede tekstiltryksensor 81,3% af sit oprindelige input efter fem standardvaske, hvilket indikerer tryksensorens holdbarhed.
Derudover viste følsomhedsværdier, der evaluerede spændings- og strømresultater for 1/1, 2/2 og 3/3 ribbestrikning, høj spændingsfølsomhed på 83 og 36 mV/N til 2/2 og 3/3 ribbetryk. 3 skudsensorer udviste henholdsvis 245 % og 50 % højere følsomhed for disse tryksensorer sammenlignet med 24 mV/N skudtryksensoren 1/1.
Rice. 3. Udvidet anvendelse af tryksensor i fuld vævsstruktur. a Eksempel på en tryksensor i indlægssål lavet af 2/2 skudt ribbet stof indsat under to cirkulære elektroder for at detektere forfoden (lige under tæerne) og hælbevægelse. b Skematisk gengivelse af hvert trin i de individuelle trin i gangprocessen: hællanding, jordforbindelse, tåkontakt og benløft. c Spændingsudgangssignaler som reaktion på hver del af gangtrinnet til ganganalyse og d Forstærkede elektriske signaler forbundet med hver fase af gangen. e Skematisk gengivelse af en tryksensor i fuld vævsstruktur med en matrix på op til 12 rektangulære pixelceller med ledende linjer mønstret for at detektere individuelle signaler fra hver pixel. f Et 3D-kort over det elektriske signal, der genereres ved at trykke med en finger på hver pixel. g Et elektrisk signal detekteres kun i den fingertrykte pixel, og der genereres intet sidesignal i andre pixels, hvilket bekræfter, at der ikke er nogen krydstale. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Afslutningsvis demonstrerer denne undersøgelse en yderst følsom og bærbar vævstryksensor, der inkorporerer piezoelektriske filamenter af PVDF-nanofibre. Fremstillede tryksensorer har et bredt interval af inputkræfter fra 0,02 til 694 Newton.
Halvtreds dyser blev brugt på en prototype elektrisk spindemaskine, og en kontinuerlig måtte af nanofibre blev produceret ved hjælp af et batch-transportbånd baseret på kobberstænger. Under intermitterende kompression viste det fremstillede 2/2 skudstof til søm en følsomhed på 83 mV/N, hvilket er omkring 245 % højere end 1/1 skudstof til søm.
De foreslåede helvævede tryksensorer overvåger elektriske signaler ved at udsætte dem for fysiologiske bevægelser, herunder vridning, bøjning, klemning, løb og gang. Derudover er disse stoftrykmålere sammenlignelige med konventionelle tekstiler med hensyn til holdbarhed og bevarer cirka 81,3% af deres oprindelige udbytte selv efter 5 standardvaske. Derudover er den fremstillede vævssensor effektiv i sundhedssystemet ved at generere elektriske signaler baseret på kontinuerlige segmenter af en persons gang.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al. (2022). Piezoelektrisk tryksensor til tekstiler baseret på elektrospundne polyvinylidenfluorid-nanofibre med 50 dyser, afhængigt af vævemønsteret. Fleksibel elektronik npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Ansvarsfraskrivelse: De synspunkter, der udtrykkes her, er forfatterens personlige synspunkter og afspejler ikke nødvendigvis synspunkterne hos AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, ejeren og operatøren af ​​denne hjemmeside. Denne ansvarsfraskrivelse er en del af brugsbetingelserne for denne hjemmeside.
Bhavna Kaveti er en videnskabelig skribent fra Hyderabad, Indien. Hun har en MSc og MD fra Vellore Institute of Technology, Indien, i organisk og medicinsk kemi fra University of Guanajuato, Mexico. Hendes forskningsarbejde er relateret til udvikling og syntese af bioaktive molekyler baseret på heterocykler, og hun har erfaring med flertrins- og flerkomponentsyntese. Under sin doktorgradsforskning arbejdede hun med syntesen af ​​forskellige heterocykliske bundne og fusionerede peptidomimetiske molekyler, der forventes at have potentiale til yderligere at funktionalisere biologisk aktivitet. Mens hun skrev afhandlinger og forskningsartikler, udforskede hun sin passion for videnskabelig skrivning og kommunikation.
Cavity, Buffner. (11. august 2022). Fuld stoftryksensor designet til bærbar sundhedsovervågning. AZonano. Hentet 21. oktober 2022 fra https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. “En tryksensor til hele vævet designet til bærbar sundhedsovervågning”. AZonano.21. oktober 2022.21. oktober 2022.
Cavity, Buffner. “En tryksensor til hele vævet designet til bærbar sundhedsovervågning”. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Pr. 21. oktober 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Tryksensor helt i stof designet til bærbar sundhedsovervågning. AZoNano, tilgået 21. oktober 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
I dette interview taler AZoNano med professor André Nel om et innovativt studie, han er involveret i, der beskriver udviklingen af ​​en "glasboble"-nanobærer, der kan hjælpe lægemidler med at trænge ind i kræftceller i bugspytkirtlen.
I dette interview taler AZoNano med King Kong Lee fra UC Berkeley om hans nobelprisvindende teknologi, optiske pincetter.
I dette interview taler vi med SkyWater Technology om halvlederindustriens tilstand, hvordan nanoteknologi er med til at forme industrien, og deres nye partnerskab.
Inoveno PE-550 er den bedst sælgende elektrospinnings-/sprøjtemaskine til kontinuerlig nanofiberproduktion.
Filmetrics R54 Avanceret værktøj til kortlægning af arkmodstand til halvleder- og kompositwafere.