Folosim cookie -uri pentru a vă îmbunătăți experiența. Continuând să navigați pe acest site, sunteți de acord cu utilizarea noastră de cookie -uri. Informații suplimentare.
Senzorii de presiune purtabil pot ajuta la monitorizarea sănătății umane și să realizeze interacțiunea om-calculator. Eforturile sunt în desfășurare pentru a crea senzori de presiune cu un design universal de dispozitiv și sensibilitate ridicată la stresul mecanic.
Studiu: Traductor de presiune piezoelectrică dependentă de model de țesătură bazat pe nanofibre de fluor de poliviniliden electrospun cu 50 de duze. Credit de imagine: African Studio/Shutterstock.com
Un articol publicat în revista NPJ Flexible Electronics raportează despre fabricarea traductoarelor de presiune piezoelectrică pentru țesături folosind fire de urzeală de polietilen tereftalat (PET) și fire de bătătură de poliviniliden (PVDF). Performanța senzorului de presiune dezvoltat în raport cu măsurarea presiunii bazată pe modelul de țesătură este demonstrată pe o scară de pânză de aproximativ 2 metri.
Rezultatele arată că sensibilitatea unui senzor de presiune optimizat folosind designul 2/2 canard este cu 245% mai mare decât cel al designului de 1/1 canard. În plus, au fost utilizate diverse intrări pentru a evalua performanța țesăturilor optimizate, inclusiv flexia, stoarcerea, ridurile, răsucirea și diverse mișcări umane. În această lucrare, un senzor de presiune pe bază de țesut cu un tablou de pixeli senzor prezintă caracteristici perceptive stabile și sensibilitate ridicată.
Orez. 1. Pregătirea firelor PVDF și țesăturilor multifuncționale. O diagramă a unui proces de electrospinning cu 50 de fiori utilizat pentru a produce covorașe aliniate de nanofibre PVDF, unde tijele de cupru sunt plasate în paralel pe o bandă transportoare, iar treptele sunt de a pregăti trei structuri împletite din filamente monofilament cu patru straturi. B SEM Imagine și diametru Distribuția fibrelor PVDF aliniate. c Sem Imagine a unui fir cu patru straturi. D rezistența la tracțiune și încordarea la ruperea unui fir de patru straturi în funcție de răsucire. Modelul de difracție cu raze X a unui fir de 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 multor noi dispozitive bazate pe senzori de presiune flexibili, iar aplicațiile lor în electronice, industrie și medicamente se dezvoltă rapid.
Piezoelectricitatea este o sarcină electrică generată pe un material care este supus stresului mecanic. Piezoelectricitatea în materialele asimetrice permite o relație reversibilă liniară între stresul mecanic și sarcina electrică. Prin urmare, atunci când o bucată de material piezoelectric este deformată fizic, se creează o încărcare electrică și invers.
Dispozitivele piezoelectrice pot utiliza o sursă mecanică gratuită pentru a oferi o sursă de alimentare alternativă pentru componente electronice care consumă puțină energie. Tipul de material și structura dispozitivului sunt parametrii cheie pentru producerea de dispozitive tactile bazate pe cuplarea electromecanică. În plus față de materiale anorganice de înaltă tensiune, materiale organice flexibile mecanic au fost explorate și în dispozitivele purtabile.
Polimerii prelucrați în nanofibre prin metode de electrospinning sunt utilizați pe scară largă ca dispozitive de stocare a energiei piezoelectrice. Nanofibrele polimerice piezoelectrice facilitează crearea de structuri de proiectare pe bază de țesături pentru aplicații purtabile, oferind generare electromecanică bazată pe elasticitate mecanică într-o varietate de medii.
În acest scop, polimerii piezoelectrici sunt utilizați pe scară largă, inclusiv PVDF și derivații săi, care au piezoelectricitate puternică. Aceste fibre PVDF sunt trase și rotite în țesături pentru aplicații piezoelectrice, inclusiv senzori și generatori.
Figura 2. țesuturi de suprafață mare și proprietățile lor fizice. Fotografie a unui model mare de 2/2 de coaste de bătătură până la 195 cm x 50 cm. B Imaginea SEM a unui model de bătătură 2/2 constând dintr -un PVDF de bătătură intercalat cu două baze pentru animale de companie. C modul și tulpină la pauză în diferite țesături cu margini de bătătură 1/1, 2/2 și 3/3. D este unghiul agățat 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, generatoarele de țesături bazate pe filamente cu nanofibră PVDF sunt construite folosind un proces secvențial de electrospinnire de 50 de jet, unde utilizarea a 50 de duze facilitează producția de covorașe cu nanofibră folosind o bandă transportoare rotativă. Diverse structuri de țesătură sunt create folosind fire pentru animale de companie, inclusiv 1/1 (simplă), 2/2 și 3/3 de vechiat.
Lucrările anterioare au raportat utilizarea cuprului pentru alinierea fibrelor sub forma unor fire de cupru aliniate la tobe de colectare a fibrelor. Cu toate acestea, lucrarea curentă este formată din tije de cupru paralele distanțate de 1,5 cm distanță pe o bandă transportoare pentru a ajuta la alinierea spinneretelor pe baza interacțiunilor electrostatice între fibrele încărcate primite și sarcinile de pe suprafața fibrelor atașate la fibra de cupru.
Spre deosebire de senzorii capacitivi sau piezoresistivi descriși anterior, senzorul de presiune a țesutului propus în această lucrare răspunde la o gamă largă de forțe de intrare de la 0,02 la 694 Newtons. În plus, senzorul de presiune a țesăturii propus a păstrat 81,3% din aportul său inițial după cinci spălări standard, ceea ce indică durabilitatea senzorului de presiune.
În plus, valorile de sensibilitate care evaluează tensiunea și rezultatele curentului pentru 1/1, 2/2 și 3/3 coaste de tricotat au arătat o sensibilitate de înaltă tensiune de 83 și 36 mV/n la 2/2 și 3/3 presiunea RIB. 3 senzori de bătătură au demonstrat o sensibilitate cu 245% și cu 50% mai mare pentru acești senzori de presiune, comparativ cu senzorul de presiune de tip 24 mV/N 1/1.
Orez. 3. Aplicarea extinsă a senzorului de presiune cu pânză completă. Un exemplu de senzor de presiune de talmură din țesătură cu nervuri 2/2 bătătoare introduse sub doi electrozi circulari pentru a detecta piciorul de vârf (chiar sub degetele de la picioare) și mișcarea călcâiului. B Reprezentarea schematică a fiecărei etape a pașilor individuali în procesul de mers: aterizare a călcâiului, împământare, contact de la picioare și ridicare a picioarelor. C Semnalele de ieșire a tensiunii C ca răspuns la fiecare parte a etapei de mers pentru analiza mersului și semnale electrice amplificate D asociate cu fiecare fază a mersului. E Schema unui senzor de presiune a țesutului complet, cu o serie de până la 12 celule de pixeli dreptunghiulare cu linii conductive modelate pentru a detecta semnale individuale din 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 presat cu degetul și nu este generat niciun semnal lateral în alți pixeli, confirmând că nu există un intersecție. © 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 a țesutului extrem de sensibil și purtabil care încorporează filamente piezoelectrice nanofibră PVDF. Senzorii de presiune fabricați au o gamă largă de forțe de intrare de la 0,02 la 694 Newtons.
Cincizeci de duze au fost utilizate pe o mașină de filare electrică prototip și o covorașă continuă de nanofibre a fost produsă folosind un transportor de lot bazat pe tije de cupru. În cadrul compresiei intermitente, țesătura de tiv de 2/2 fabricată a arătat o sensibilitate de 83 mV/N, care este cu aproximativ 245% mai mare decât țesătura de tivură de 1/1.
Senzorii de presiune all-țesut monitorizează semnalele electrice, supunându-le mișcărilor fiziologice, inclusiv răsucirea, îndoirea, stoarcerea, alergarea și mersul. În plus, aceste manometre de presiune a țesăturilor sunt comparabile cu țesăturile convenționale din punct de vedere al durabilității, 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 asistență medicală 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 și colab. (2022). Senzor de presiune piezoelectrică din țesătură pe baza nanofibrelor de fluor electrospun Polyviniliden cu 50 de duze, în funcție de modelul de țesătură. Electronică flexibilă NPJ. https://www.nature.com/articles/S41528-022-00203-6.
Disclaimer: Opiniile exprimate aici sunt cele ale autorului în calitatea sa personală și nu reflectă neapărat opiniile AZOM.com Limited T/A Azonetwork, proprietarul și operatorul acestui site web. Această exonerare este parte a termenilor de utilizare a acestui site web.
Bhavna Kaveti este un scriitor științific din Hyderabad, India. Ea deține MSC și MD de la Vellore Institute of Technology, India. în chimie organică și medicinală de la Universitatea din Guanajuato, Mexic. Lucrările sale de cercetare sunt legate de dezvoltarea și sinteza moleculelor bioactive bazate pe heterocicluri și are experiență în sinteza multi-etape și multi-componente. În timpul cercetării sale de doctorat, a lucrat la sinteza diferitelor molecule peptidomimetice legate de heterocicluri și fuzionate care se așteaptă să aibă potențialul de a funcționa în continuare activitatea biologică. În timp ce scrie disertații și lucrări de cercetare, ea a explorat pasiunea ei pentru scrierea și comunicarea științifică.
Cavitate, Buffner. (11 august 2022). Senzor complet de presiune a țesăturii proiectat pentru monitorizarea sănătății purtabile. Azonano. Preluat la 21 octombrie 2022 de la https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544.
Cavitate, Buffner. „Un senzor de presiune pentru toate țesuturile conceput pentru monitorizarea sănătății purtabile”. Azonano.21 octombrie 2022.21 octombrie 2022.
Cavitate, Buffner. „Un senzor de presiune pentru toate țesuturile conceput pentru monitorizarea sănătății purtabile”. Azonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544. (Din 21 octombrie 2022).
Cavitate, Buffner. 2022. Senzor de presiune cu toate haine proiectat pentru monitorizarea sănătății purtabile. Azonano, accesat la 21 octombrie 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544.
În acest interviu, Azonano vorbește cu profesorul André Nel despre un studiu inovator în care este implicat, care descrie dezvoltarea unui nanocarrier „bule de sticlă” care poate ajuta medicamentele să intre în celulele canceroase pancreatice.
În acest interviu, Azonano discută cu regele Kong Lee al UC Berkeley despre tehnologia sa câștigătoare a Premiului Nobel, pensete optice.
În acest interviu, vorbim cu Skywater Technology despre starea industriei semiconductorilor, despre modul în care nanotehnologia ajută la modelarea industriei și la noul lor parteneriat.
Inoveno PE-550 este cea mai vândută mașină de electrospinning/pulverizare pentru producția continuă de nanofibră.
Filmetrics R54 Instrument de mapare a rezistenței la foi avansate pentru napolitane cu semiconductor și compozite.