Folosim cookie-uri pentru a vă îmbunătăți experiența. Prin continuarea navigării pe acest site, sunteți de acord cu utilizarea cookie-urilor. Informații suplimentare.
Senzorii de presiune purtabili pot ajuta la monitorizarea sănătății umane și la realizarea interacțiunii om-computer. Se depun eforturi continue pentru a crea senzori de presiune cu un design universal și o sensibilitate ridicată la solicitări mecanice.
Studiu: Traductor piezoelectric de presiune textilă dependent de modelul de țesătură, bazat pe nanofibre de fluorură de poliviniliden electrofilate, cu 50 de duze. Credit imagine: African Studio/Shutterstock.com
Un articol publicat în revista npj Flexible Electronics prezintă fabricarea traductoarelor de presiune piezoelectrice pentru țesături folosind fire de urzeală din polietilen tereftalat (PET) și fire de bătătură din fluorură de poliviniliden (PVDF). Performanța senzorului de presiune dezvoltat în raport cu măsurarea presiunii pe baza modelului de țesătură este demonstrată la o scară de pânză de aproximativ 2 metri.
Rezultatele arată că sensibilitatea unui senzor de presiune optimizat folosind designul canard 2/2 este cu 245% mai mare decât cea a designului canard 1/1. În plus, au fost utilizate diverse date de intrare pentru a evalua performanța țesăturilor optimizate, inclusiv flexia, comprimarea, șifonarea, răsucirea și diverse mișcări umane. În această lucrare, un senzor de presiune bazat pe țesut cu o matrice de pixeli ai senzorului prezintă caracteristici perceptive stabile și o sensibilitate ridicată.
Rice. 1. Prepararea firelor PVDF și a țesăturilor multifuncționale. a Diagrama unui proces de electrofilare cu 50 de duze utilizat pentru a produce covorașe aliniate din nanofibre PVDF, în care tijele de cupru sunt plasate în paralel pe o bandă transportoare, iar etapele sunt de a prepara trei structuri împletite din filamente monofilament cu patru straturi. b Imagine SEM și distribuția diametrului fibrelor PVDF aliniate. c Imagine SEM a unui fir cu patru straturi. d Rezistența la tracțiune și deformarea la rupere a unui fir cu patru straturi în funcție de răsucire. e Diagrama de difracție cu raze X a unui fir cu patru straturi care arată prezența fazelor alfa și beta. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R și colab. (2022)
Dezvoltarea rapidă a roboților inteligenți și a dispozitivelor electronice purtabile a dat naștere la numeroase dispozitive noi bazate pe senzori de presiune flexibili, iar aplicațiile lor în electronică, industrie și medicină se dezvoltă rapid.
Piezoelectricitatea este o sarcină electrică generată pe un material supus unui stres mecanic. Piezoelectricitatea în materialele asimetrice permite o relație liniară și reversibilă între stresul mecanic și sarcina electrică. Prin urmare, atunci când o bucată de material piezoelectric este deformată fizic, se creează o sarcină electrică și invers.
Dispozitivele piezoelectrice pot utiliza o sursă mecanică liberă pentru a oferi o sursă alternativă de alimentare pentru componentele electronice care consumă puțină energie. Tipul de material și structura dispozitivului sunt parametri cheie pentru producerea de dispozitive tactile bazate pe cuplare electromecanică. Pe lângă materialele anorganice de înaltă tensiune, au fost explorate și materiale organice flexibile mecanic în dispozitivele purtabile.
Polimerii procesați în nanofibre prin metode de electrofilare sunt utilizați pe scară largă ca dispozitive piezoelectrice de stocare a energiei. Nanofibrele polimerice piezoelectrice facilitează crearea de structuri de design pe bază de țesături pentru aplicații purtabile, oferind generare electromecanică bazată pe elasticitatea mecanică într-o varietate de medii.
În acest scop, polimerii piezoelectrici sunt utilizați pe scară largă, inclusiv PVDF și derivații săi, care au o piezoelectricitate puternică. Aceste fibre PVDF sunt trase și filate în țesături pentru aplicații piezoelectrice, inclusiv senzori și generatoare.
Figura 2. Țesuturi pe suprafețe mari și proprietățile lor fizice. Fotografie a unui model de nervuri de bătătură 2/2 de dimensiuni mari, de până la 195 cm x 50 cm. b Imagine SEM a unui model de bătătură 2/2 constând dintr-o bătătură PVDF intercalată cu două baze PET. c Modul și deformare la rupere în diferite țesături cu margini de bătătură de 1/1, 2/2 și 3/3. d este unghiul de agățare măsurat pentru țesătură. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R și colab. (2022)
În lucrarea de față, generatoare de țesături bazate pe filamente de nanofibre PVDF sunt construite folosind un proces secvențial de electrofilare cu 50 de jeturi, în care utilizarea a 50 de duze facilitează producerea de covorașe de nanofibre folosind o bandă transportoare rotativă. Diverse structuri de țesătură sunt create folosind fire PET, inclusiv nervuri de bătătură 1/1 (simplu), 2/2 și 3/3.
Studii anterioare au raportat utilizarea cuprului pentru alinierea fibrelor sub formă de fire de cupru aliniate pe tambure de colectare a fibrelor. Cu toate acestea, studiul actual constă în tije de cupru paralele, distanțate la 1,5 cm una de cealaltă, pe o bandă transportoare, pentru a ajuta la alinierea filelor, pe baza interacțiunilor electrostatice dintre fibrele încărcate primite și sarcinile de pe suprafața fibrelor atașate de fibra de cupru.
Spre deosebire de senzorii capacitivi sau piezorezistivi descriși anterior, senzorul de presiune a țesuturilor propus în această lucrare răspunde la o gamă largă de forțe de intrare, de la 0,02 la 694 newtoni. În plus, senzorul de presiune a țesăturii propus a păstrat 81,3% din intrarea inițială după cinci spălări standard, indicând durabilitatea senzorului de presiune.
În plus, valorile de sensibilitate care evaluează rezultatele tensiunii și curentului pentru tricotarea cu nervuri 1/1, 2/2 și 3/3 au arătat o sensibilitate ridicată la tensiune de 83 și 36 mV/N la presiunea nervurilor 2/2 și 3/3. 3 senzori de bătătură au demonstrat o sensibilitate cu 245%, respectiv 50% mai mare pentru acești senzori de presiune, comparativ cu senzorul de presiune de bătătură 1/1 de 24 mV/N.
Rice. 3. Aplicație extinsă a senzorului de presiune din material textil integral. a Exemplu de senzor de presiune pentru branț realizat din material textil cu nervuri 2/2 bătătură, introdus sub doi electrozi circulari pentru a detecta mișcarea antepiciorului (chiar sub degetele de la picioare) și a călcâiului. b Reprezentare schematică a fiecărei etape a pașilor individuali din procesul de mers: aterizarea călcâiului, contactul cu pământul, contactul cu degetele de la picioare și ridicarea piciorului. c Semnale de ieșire de tensiune ca răspuns la fiecare parte a pasului de mers pentru analiza mersului și d Semnale electrice amplificate asociate cu fiecare fază a mersului. e Schema unui senzor de presiune tisulară completă cu o matrice de până la 12 celule de pixeli dreptunghiulare cu linii conductive modelate pentru a detecta semnale individuale de la fiecare pixel. f O hartă 3D a semnalului electric generat prin apăsarea unui deget pe fiecare pixel. g Un semnal electric este detectat doar în pixelul apăsat cu degetul și nu este generat niciun semnal lateral în alți pixeli, confirmând că nu există diafonie. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R și colab. (2022)
În concluzie, acest studiu demonstrează un senzor de presiune tisulară extrem de sensibil și portabil, care încorporează filamente piezoelectrice din nanofibre PVDF. Senzorii de presiune fabricați au o gamă largă de forțe de intrare, de la 0,02 la 694 newtoni.
Cincizeci de duze au fost utilizate pe un prototip de mașină de filat electrică, iar o plasă continuă de nanofibre a fost produsă folosind un transportor discontinuu pe bază de tije de cupru. Sub compresie intermitentă, materialul de tiv cu bătătură 2/2 fabricat a prezentat o sensibilitate de 83 mV/N, ceea ce este cu aproximativ 245% mai mare decât materialul de tiv cu bătătură 1/1.
Senzorii de presiune țesuți propuși monitorizează semnalele electrice prin supunerea lor la mișcări fiziologice, inclusiv răsucire, îndoire, comprimare, alergare și mers. În plus, aceste manometre din material textil sunt comparabile cu materialele textile convenționale în ceea ce privește durabilitatea, păstrând aproximativ 81,3% din randamentul lor inițial chiar și după 5 spălări standard. În plus, senzorul de țesut fabricat este eficient în sistemul de sănătate prin generarea de semnale electrice bazate pe segmente continue ale mersului unei persoane.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al. (2022). Senzor de presiune piezoelectric din material textil bazat pe nanofibre de fluorură de poliviniliden electrofilate cu 50 de duze, în funcție de modelul de țesătură. Flexible electronics npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Declinare de responsabilitate: Opiniile exprimate aici sunt cele ale autorului în nume personal și nu reflectă neapărat opiniile AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, proprietarul și operatorul acestui site web. Această declinare de responsabilitate face parte din termenii de utilizare ai acestui site web.
Bhavna Kaveti este o scriitoare științifică din Hyderabad, India. Deține o diplomă de master și o diplomă de doctor în medicină de la Institutul de Tehnologie Vellore, India, în chimie organică și medicinală de la Universitatea din Guanajuato, Mexic. Activitatea sa de cercetare este legată de dezvoltarea și sinteza moleculelor bioactive bazate pe heterocicluri și are experiență în sinteza în mai multe etape și mai multe componente. În timpul cercetării sale doctorale, a lucrat la sinteza diferitelor molecule peptidomimetice legate și condensate pe bază de heterocicluri, despre care se așteaptă să aibă potențialul de a funcționaliza în continuare activitatea biologică. În timp ce scria disertații și lucrări de cercetare, și-a explorat pasiunea pentru scrierea și comunicarea științifică.
Cavity, Buffner. (11 august 2022). Senzor de presiune complet din material textil, conceput pentru monitorizarea stării de sănătate, la purtare. AZonano. Accesat la 21 octombrie 2022 de pe https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. „Un senzor de presiune pentru toate țesuturile, conceput pentru monitorizarea portabilă a sănătății”. AZonano.21 octombrie 2022.21 octombrie 2022.
Cavity, Buffner. „Un senzor de presiune pentru toate țesuturile, conceput pentru monitorizarea portabilă a sănătății”. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (La 21 octombrie 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Senzor de presiune din material textil, conceput pentru monitorizarea purtătoare a sănătății. AZoNano, accesat la 21 octombrie 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
În acest interviu, AZoNano discută cu profesorul André Nel despre un studiu inovator în care este implicat, care descrie dezvoltarea unui nanopurtător cu „bule de sticlă” ce poate ajuta medicamentele să pătrundă în celulele canceroase pancreatice.
În acest interviu, AZoNano discută cu King Kong Lee de la UC Berkeley despre tehnologia sa, câștigătoare a Premiului Nobel, penseta optică.
În acest interviu, discutăm cu SkyWater Technology despre starea industriei semiconductorilor, despre modul în care nanotehnologia contribuie la modelarea industriei și despre noul lor parteneriat.
Inoveno PE-550 este cea mai bine vândută mașină de electrofilare/pulverizare pentru producția continuă de nanofibre.
Filmetrics R54 Instrument avansat de cartografiere a rezistenței foilor pentru napolitane semiconductoare și compozite.