Vi bruger cookies til at forbedre din oplevelse. Ved at fortsætte med at gennemse dette websted, accepterer du vores brug af cookies. Yderligere oplysninger.
Bærbare tryksensorer kan hjælpe med at overvåge menneskers sundhed og realisere interaktion mellem mennesker og computer. Bestræbelser er i gang med at skabe tryksensorer med en universel enhedsdesign og høj følsomhed over for mekanisk stress.
Undersøgelse: Weave mønsterafhængig tekstilpiezoelektrisk tryktransducer baseret på elektrospun polyvinylidenfluorid nanofibre med 50 dyser. Billedkredit: African Studio/Shutterstock.com
En artikel offentliggjort i tidsskriftet NPJ Flexible Electronics rapporterer om fremstilling af piezoelektriske tryktransducere til stoffer ved anvendelse af polyethylen terephthalat (PET) Warp Yarns og polyvinylidenfluorid (PVDF) Weft Yarns. Ydelsen af ​​den udviklede tryksensor i relation til trykmåling baseret på vævemønsteret demonstreres i en kludskala på cirka 2 meter.
Resultaterne viser, at følsomheden af ​​en trykføler, der er optimeret ved hjælp af 2/2 canard -design, er 245% højere end for 1/1 canard -design. Derudover blev forskellige input brugt til at evaluere ydelsen af ​​de optimerede stoffer, herunder flexion, klemme, rynke, vridning og forskellige menneskelige bevægelser. I dette arbejde udviser en vævsbaseret trykføler med en sensorpixelarray stabile perceptuelle egenskaber og høj følsomhed.
Ris. 1. Fremstilling af PVDF -tråde og multifunktionelle stoffer. Et diagram af en elektrospinningsproces på 50 nuzzle, der blev anvendt til at producere justerede måtter af PVDF-nanofibre, hvor kobberstænger placeres parallelt på et transportbånd, og trinnene er at fremstille tre flettede strukturer fra fire-lags monofilamentfilamenter. B SEM -billede og diameterfordeling af justerede PVDF -fibre. C SEM-billede af et fire-lags garn. d Trækstyrke og belastning ved pause af et fire-lags garn som en funktion af twist. E røntgenstrålediffraktionsmønster af et fire-lags 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 applikationer inden for elektronik, industri og medicin udvikler sig hurtigt.
Piezoelektricitet er en elektrisk ladning genereret på et materiale, der udsættes for mekanisk stress. Piezoelektricitet i asymmetriske materialer muliggør et lineært reversibelt forhold mellem mekanisk stress og elektrisk ladning. Derfor, når et stykke piezoelektrisk materiale er fysisk deformeret, oprettes en elektrisk ladning, og vice versa.
Piezoelektriske enheder kan bruge en gratis mekanisk kilde til at tilvejebringe en alternativ strømkilde til elektroniske komponenter, der forbruger lidt strøm. Enhedens type materiale og struktur er nøgleparametre til produktion af berøringsenheder baseret på elektromekanisk kobling. Ud over højspændings uorganiske materialer er mekanisk fleksible organiske materialer også blevet undersøgt i bærbare enheder.
Polymerer, der er behandlet til nanofibre ved hjælp af elektrospinningsmetoder, bruges i vid udstrækning som piezoelektriske energilagringsenheder. Piezoelektriske polymer-nanofibre letter oprettelsen af ​​stofbaserede designstrukturer til bærbare anvendelser ved at tilvejebringe elektromekanisk produktion baseret på mekanisk elasticitet i forskellige miljøer.
Til dette formål er piezoelektriske polymerer vidt brugt, herunder PVDF og dets derivater, der har stærk piezoelektricitet. Disse PVDF -fibre tegnes og spindes til stoffer til piezoelektriske applikationer inklusive sensorer og generatorer.
Figur 2. Væv i stort område og deres fysiske egenskaber. Fotografi af et stort 2/2 skud ribben mønster op til 195 cm x 50 cm. B SEM -billede af et 2/2 skudmønster bestående af en PVDF -skud sammenflettet med to kæledyrsbaser. C Modul og belastning ved pause i forskellige stoffer med 1/1, 2/2 og 3/3 skudkanter. D er den hængende vinkel målt for stoffet. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
I det nuværende arbejde konstrueres stofgeneratorer baseret på PVDF-nanofiberfilamenter ved hjælp af en sekventiel 50-jet-elektrospinningsproces, hvor brugen af ​​50 dyser letter produktionen af ​​nanofibermåtter ved hjælp af et roterende bælte transportbånd. Der oprettes forskellige vævstrukturer ved hjælp af PET -garn, herunder 1/1 (almindelig), 2/2 og 3/3 skud ribben.
Tidligere arbejde har rapporteret brugen af ​​kobber til fiberjustering i form af justerede kobbertråde på fiberopsamlingstromler. Imidlertid består det aktuelle arbejde af parallelle kobberstænger med 1,5 cm fra hinanden på et transportbånd for at hjælpe med at justere spinnereterne baseret på elektrostatiske interaktioner mellem indkommende ladede fibre og ladninger på overfladen af ​​fibrene fastgjort til kobberfiberen.
I modsætning til tidligere beskrevne kapacitive eller piezoresistive sensorer, reagerer vævstrykssensoren, der er foreslået i dette papir, på en lang række inputkræfter fra 0,02 til 694 newton. Derudover bevarede den foreslåede stoftryksensor 81,3% af sin oprindelige input efter fem standardvask, hvilket indikerer tryversensorens holdbarhed.
Derudover viste følsomhedsværdier evalueringsspænding og aktuelle resultater for 1/1, 2/2 og 3/3 ribbenstrikning høj spændingsfølsomhed på 83 og 36 mV/N til 2/2 og 3/3 ribbentryk. 3 Utvaskesensorer demonstrerede henholdsvis 245% og 50% højere følsomhed for disse tryksensorer sammenlignet med 24 mV/N Weft -trykføler 1/1.
Ris. 3. Udvidet anvendelse af tryksensor i fuld klud. Et eksempel på en indersåltryksensor lavet af 2/2 skud ribbet stof indsat under to cirkulære elektroder for at detektere forfod (lige under tæerne) og hælbevægelse. B Skematisk repræsentation af hvert trin i de enkelte trin i gåprocessen: hællanding, jordforbindelse, tåkontakt og benløft. C Spændingsudgangssignaler som svar på hver del af gangstrinnet til ganganalyse og D -amplificerede elektriske signaler, der er forbundet med hver fase af gang. E skematisk af en fuldt vævstrykssensor med en række 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 genereret ved at trykke på en finger på hver pixel. G Et elektrisk signal detekteres kun i den fingerpressede 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 meget følsom og bærbar vævstrykssensor, der inkorporerer PVDF -nanofiber -piezoelektriske filamenter. Fremstillede tryksensorer har en bred vifte af inputkræfter fra 0,02 til 694 Newton.
Halvtreds dyser blev anvendt på en prototype elektrisk spindemaskine, og en kontinuerlig måtten af ​​nanofibre blev produceret under anvendelse af en batchtransportør baseret på kobberstænger. Under intermitterende komprimering viste den fremstillede 2/2 skuddem stof en følsomhed på 83 mV/N, hvilket er ca. 245% højere end 1/1 skuddemaet.
De foreslåede all-vævede tryksensorer overvåger elektriske signaler ved at udsætte dem for fysiologiske bevægelser, herunder vridning, bøjning, klemme, løb og gå. Derudover er disse stoftrykmålere sammenlignelige med konventionelle stoffer med hensyn til holdbarhed, hvilket bevarer ca. 81,3% af deres oprindelige udbytte, selv efter 5 standardvask. Derudover er den fremstillede vævssensor effektiv i sundhedsvæsenet ved at generere elektriske signaler baseret på kontinuerlige segmenter af en persons vandring.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al. (2022). Stofpiezoelektrisk trykføler baseret på elektrospun polyvinylidenfluorid nanofibre med 50 dyser, afhængigt af vævemønsteret. Fleksibel elektronik NPJ. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Ansvarsfraskrivelse: De synspunkter, der er udtrykt her, er forfatteren i hans personlige egenskab og afspejler ikke nødvendigvis synspunkterne fra Azom.com Limited T/A Azonetwork, ejeren og operatøren af ​​dette websted. Denne ansvarsfraskrivelse er en del af betingelserne for brug af dette websted.
Bhavna Kaveti er en videnskabsforfatter fra Hyderabad, Indien. Hun har 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 multi-trin og multi-komponentsyntese. Under sin doktorgradsundersøgelse arbejdede hun med syntesen af ​​forskellige heterocyklusbaserede bundet og smeltede peptidomimetiske molekyler, der forventes at have potentialet til yderligere at funktionalisere biologisk aktivitet. Mens hun skrev afhandlinger og forskningsartikler, udforskede hun sin lidenskab for videnskabelig skrivning og kommunikation.
Hulrum, buffner. (11. august 2022). Fuldt stoftryksensor designet til bærbar sundhedsovervågning. Azonano. Hentet 21. oktober 2022 fra https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544.
Hulrum, buffner. “En all-leve trykføler designet til bærbar sundhedsovervågning”. Azonano.21. oktober 2022.21. oktober 2022.
Hulrum, buffner. “En all-leve trykføler designet til bærbar sundhedsovervågning”. Azonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544. (Fra 21. oktober 2022).
Hulrum, buffner. 2022. Sensor med alt sammenhænge designet til bærbar sundhedsovervågning. Azonano, adgang 21. oktober 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544.
I dette interview taler Azonano med professor André Nel om en innovativ undersøgelse, han er involveret i, der beskriver udviklingen af ​​en "glasboble" -nanocarrier, der kan hjælpe medikamenter med at komme ind i pancreascancerceller.
I dette interview taler Azonano med UC Berkeleys King Kong Lee om hans Nobelprisvindende teknologi, optiske pincet.
I dette interview taler vi med Skywater -teknologi om staten for halvlederindustrien, hvordan nanoteknologi hjælper med at forme industrien og deres nye partnerskab.
Inoveno PE-550 er den bedst sælgende elektrospinning/sprøjtemaskine til kontinuerlig nanofiberproduktion.
Filmetrics R54 Advanced Sheet Resistance Mapping Tool til halvleder og sammensatte skiver.