Folosim cookie-uri pentru a vă îmbunătăți experiența.Continuând să navigați pe acest site, sunteți de acord cu utilizarea cookie-urilor.Informații suplimentare.
Senzorii de presiune portabili pot ajuta la monitorizarea sănătății umane și la realizarea interacțiunii om-calculator.Eforturile sunt în desfășurare pentru a crea senzori de presiune cu un design universal de dispozitiv și sensibilitate ridicată la stres mecanic.
Studiu: Transductor de presiune piezoelectric textil, dependent de modelul de țesut, 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 raportează despre fabricarea traductoarelor de presiune piezoelectrice pentru țesături care utilizează fire de urzeală de polietilen tereftalat (PET) și fire de bătătură cu fluorură de poliviniliden (PVDF).Performanța senzorului de presiune dezvoltat în raport cu măsurarea presiunii pe baza modelului 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 cea a designului 1/1 canard.În plus, au fost utilizate diverse intrări pentru a evalua performanța țesăturilor optimizate, inclusiv flexia, strângerea, încrețirea, răsucirea și diverse mișcări umane.În această lucrare, un senzor de presiune bazat pe țesut cu o matrice de pixeli a senzorului prezintă caracteristici perceptive stabile și sensibilitate ridicată.
Orez.1. Pregătirea 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 pregătirea a trei structuri împletite din filamente monofilament cu patru straturi.b Imaginea 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 Modelul de difracție de 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 portabile a dat naștere multor dispozitive noi bazate pe senzori de presiune flexibili, iar aplicațiile acestora în electronică, industrie și medicină se dezvoltă rapid.
Piezoelectricitatea este o sarcină electrică generată pe un material care este supus la stres mecanic.Piezoelectricitatea în materialele asimetrice permite o relație liniară 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 folosi o sursă mecanică gratuită pentru a oferi o sursă alternativă de energie pentru componentele electronice care consumă puțină energie.Tipul de material și structura dispozitivului sunt parametri cheie pentru producția de dispozitive tactile bazate pe cuplaj electromecanic.Pe lângă materialele anorganice de înaltă tensiune, materialele organice flexibile mecanic au fost, de asemenea, explorate în dispozitivele portabile.
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 proiectare pe bază de țesături pentru aplicații portabile, 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 puternică piezoelectricitate.Aceste fibre PVDF sunt trase și filate în țesături pentru aplicații piezoelectrice, inclusiv senzori și generatoare.
Figura 2. Țesuturi cu suprafață mare și proprietățile lor fizice.Fotografie a unui model mare de coaste de 2/2 bătături 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 Modulul și deformarea la rupere în diverse țesături cu margini de bătătură de 1/1, 2/2 și 3/3.d este unghiul de agățare măsurat pentru material.© 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 de nanofibră PVDF sunt construite folosind un proces de electrofilare secvenţială cu 50 de jeturi, în care utilizarea a 50 de duze facilitează producerea de covoraşe de nanofibre folosind o bandă transportoare cu bandă rotativă.Diverse structuri de țesătură sunt create folosind fire PET, inclusiv nervuri de bătătură 1/1 (uni), 2/2 și 3/3.
Lucrările anterioare au raportat utilizarea cuprului pentru alinierea fibrelor sub formă de fire de cupru aliniate pe tamburele de colectare a fibrelor.Cu toate acestea, lucrarea actuală constă din tije paralele de cupru distanțate la 1,5 cm pe o bandă transportoare pentru a ajuta la alinierea filarelor pe baza interacțiunilor electrostatice dintre fibrele încărcate și sarcinile de pe suprafața fibrelor atașate la fibra de cupru.
Spre deosebire de senzorii capacitivi sau piezorezistivi descriși anterior, senzorul de presiune tisulară 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 al țesăturii propus a păstrat 81,3% din intrarea sa inițială după cinci spălări standard, indicând durabilitatea senzorului de presiune.
În plus, valorile sensibilității care evaluează rezultatele tensiunii și curentului pentru tricotarea nervurilor 1/1, 2/2 și 3/3 au arătat o sensibilitate la tensiune înaltă de 83 și 36 mV/N la presiunea nervurilor 2/2 și 3/3.3 senzori de bătătură au demonstrat o sensibilitate cu 245% și, respectiv, 50% mai mare pentru acești senzori de presiune, comparativ cu senzorul de presiune de bătătură de 24 mV/N 1/1.
Orez.3. Aplicare extinsă a senzorului de presiune din cârpă completă.a Exemplu de senzor de presiune pentru branț realizat din țesătură cu nervuri de 2/2 bătături introduse 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, așezarea la pământ, contactul cu degetele și ridicarea picioarelor.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 complet cu o matrice de până la 12 celule dreptunghiulare de pixeli cu linii conductoare 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 a țesuturilor extrem de sensibil și purtabil care încorporează filamente piezoelectrice din nanofibră 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 folosite pe un prototip de mașină de filat electrică și a fost produs un covor continuu de nanofibre folosind un transportor de lot pe bază de tije de cupru.Sub compresie intermitentă, țesătura fabricată pentru tiv de 2/2 bătătură a prezentat o sensibilitate de 83 mV/N, care este cu aproximativ 245% mai mare decât țesătura pentru tiv de 1/1 bătătură.
Senzorii de presiune propuși complet țesute monitorizează semnalele electrice supunându-le unor mișcări fiziologice, inclusiv răsucire, îndoire, strângere, alergare și mers.În plus, aceste manometre pentru țesături sunt comparabile cu țesăturile 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 și colab.(2022).Senzor de presiune piezoelectric din material pe bază de nanofibre de fluorură de poliviniliden electrofilat cu 50 de duze, în funcție de modelul de țesătură.Electronice flexibile 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 punctele de vedere ale AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, proprietarul și operatorul acestui site web.Această declinare a răspunderii face parte din termenii de utilizare ai acestui site web.
Bhavna Kaveti este un scriitor științific din Hyderabad, India.Ea deține MSc și MD la Institutul de Tehnologie Vellore, India.în chimie organică și medicinală de la Universitatea din Guanajuato, Mexic.Activitatea ei de cercetare este legată de dezvoltarea și sinteza de molecule bioactive bazate pe heterocicluri și are experiență în sinteza în mai multe etape și cu mai multe componente.În timpul cercetării sale doctorale, ea a lucrat la sinteza diferitelor molecule peptidomimetice legate și fuzionate bazate pe heterocicluri, care se așteaptă să aibă potențialul de a funcționa în continuare activitatea biologică.În timp ce scria dizertații și lucrări de cercetare, ea și-a explorat pasiunea pentru scrierea și comunicarea științifică.
Cavity, Buffner.(11 august 2022).Senzor de presiune complet din țesătură conceput pentru monitorizarea stării de sănătate a purtării.AZonano.Preluat la 21 octombrie 2022 de la https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner.„Un senzor de presiune pentru tot țesutul proiectat pentru monitorizarea sănătății purtabile”.AZonano.21 octombrie 2022.21 octombrie 2022.
Cavity, Buffner.„Un senzor de presiune pentru tot țesutul proiectat pentru monitorizarea sănătății purtabile”.AZonano.https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.(Din 21 octombrie 2022).
Cavity, Buffner.2022. Senzor de presiune din material textil conceput pentru monitorizarea sănătății purtabilă.AZoNano, accesat 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 nanopurtător „bule de sticlă” care poate ajuta medicamentele să intre în celulele cancerului pancreatic.
În acest interviu, AZoNano vorbește cu King Kong Lee de la UC Berkeley despre tehnologia sa câștigătoare a Premiului Nobel, penseta optică.
În acest interviu, vorbim cu SkyWater Technology despre starea industriei semiconductoarelor, despre modul în care nanotehnologia ajută 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 foii pentru napolitane semiconductoare și compozite.