Koristimo kolačiće kako bismo poboljšali vaše iskustvo. Nastavkom pregledavanja ove stranice pristajete na našu upotrebu kolačića. Dodatne informacije.
Nosivi senzori tlaka mogu pomoći u praćenju ljudskog zdravlja i ostvarivanju interakcije čovjeka i računala. U tijeku su napori za stvaranje senzora tlaka s univerzalnim dizajnom uređaja i visokom osjetljivošću na mehanička naprezanja.
Studija: Piezoelektrični pretvornik tlaka u tekstilu ovisan o uzorku tkanja, baziran na elektrospredenim nanovlaknima poliviniliden fluorida s 50 mlaznica. Zasluge za sliku: African Studio/Shutterstock.com
Članak objavljen u časopisu npj Flexible Electronics izvještava o izradi piezoelektričnih pretvornika tlaka za tkanine korištenjem polietilen tereftalatnih (PET) osnovnih niti i poliviniliden fluoridnih (PVDF) potkinih niti. Performanse razvijenog senzora tlaka u odnosu na mjerenje tlaka na temelju uzorka tkanja demonstrirane su na mjerilu tkanine od približno 2 metra.
Rezultati pokazuju da je osjetljivost senzora tlaka optimiziranog korištenjem dizajna 2/2 canard 245% veća od osjetljivosti dizajna 1/1 canard. Osim toga, korišteni su različiti ulazni podaci za procjenu performansi optimiziranih tkanina, uključujući savijanje, stiskanje, nabiranje, uvijanje i razne ljudske pokrete. U ovom radu, senzor tlaka na bazi tkiva s nizom piksela senzora pokazuje stabilne perceptivne karakteristike i visoku osjetljivost.
Riža. 1. Priprema PVDF niti i višenamjenskih tkanina. a Dijagram postupka elektropredenja s 50 mlaznica koji se koristi za proizvodnju poravnanih prostirki od PVDF nanovlakana, gdje se bakrene šipke postavljaju paralelno na transportnu traku, a koraci su priprema tri pletene strukture od četveroslojnih monofilamentnih filamenata. b SEM slika i raspodjela promjera poravnanih PVDF vlakana. c SEM slika četveroslojne pređe. d Vlačna čvrstoća i prekidna deformacija četveroslojne pređe kao funkcija uvijanja. e Difrakcijski uzorak X-zraka četveroslojne pređe koji pokazuje prisutnost alfa i beta faza. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R i dr. (2022)
Brzi razvoj inteligentnih robota i nosivih elektroničkih uređaja doveo je do pojave mnogih novih uređaja temeljenih na fleksibilnim senzorima tlaka, a njihova primjena u elektronici, industriji i medicini brzo se razvija.
Piezoelektricitet je električni naboj koji se generira na materijalu koji je izložen mehaničkom naprezanju. Piezoelektricitet u asimetričnim materijalima omogućuje linearni reverzibilni odnos između mehaničkog naprezanja i električnog naboja. Stoga, kada se komad piezoelektričnog materijala fizički deformira, stvara se električni naboj i obrnuto.
Piezoelektrični uređaji mogu koristiti slobodni mehanički izvor kako bi osigurali alternativni izvor napajanja za elektroničke komponente koje troše malo energije. Vrsta materijala i struktura uređaja ključni su parametri za proizvodnju dodirnih uređaja temeljenih na elektromehaničkom spajanju. Osim visokonaponskih anorganskih materijala, u nosivim uređajima istraženi su i mehanički fleksibilni organski materijali.
Polimeri prerađeni u nanovlakna metodama elektropredenja široko se koriste kao piezoelektrični uređaji za pohranu energije. Piezoelektrična polimerna nanovlakna olakšavaju stvaranje dizajnerskih struktura na bazi tkanina za nosive primjene omogućujući elektromehaničku generaciju temeljenu na mehaničkoj elastičnosti u različitim okruženjima.
U tu svrhu široko se koriste piezoelektrični polimeri, uključujući PVDF i njegove derivate, koji imaju jak piezoelektričnost. Ova PVDF vlakna se izvlače i predu u tkanine za piezoelektrične primjene, uključujući senzore i generatore.
Slika 2. Tkiva velike površine i njihova fizička svojstva. Fotografija velikog uzorka rebara potke 2/2 do 195 cm x 50 cm. b SEM slika uzorka potke 2/2 koji se sastoji od jedne PVDF potke isprepletene s dvije PET baze. c Modul i prekidna napetost u raznim tkaninama s rubovima potke 1/1, 2/2 i 3/3. d je kut vješanja izmjeren za tkaninu. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R i dr. (2022)
U ovom radu, generatori tkanina bazirani na PVDF nanofibranim filamentima konstruirani su korištenjem sekvencijalnog procesa elektropredenja s 50 mlaznica, gdje upotreba 50 mlaznica olakšava proizvodnju nanofibranih prostirki pomoću rotirajuće transportne trake. Različite strukture tkanja stvaraju se korištenjem PET pređe, uključujući 1/1 (obična), 2/2 i 3/3 potka rebra.
U prethodnim radovima izvješteno je o upotrebi bakra za poravnavanje vlakana u obliku poravnanih bakrenih žica na bubnjevima za sakupljanje vlakana. Međutim, trenutni rad sastoji se od paralelnih bakrenih šipki razmaknutih 1,5 cm na transportnoj traci kako bi se pomoglo u poravnavanju mlaznica za predenje na temelju elektrostatskih interakcija između dolaznih nabijenih vlakana i naboja na površini vlakana pričvršćenih na bakreno vlakno.
Za razliku od prethodno opisanih kapacitivnih ili piezorezistivnih senzora, senzor tlaka tkiva predložen u ovom radu reagira na širok raspon ulaznih sila od 0,02 do 694 Newtona. Osim toga, predloženi senzor tlaka tkanine zadržao je 81,3% svog izvornog ulaza nakon pet standardnih pranja, što ukazuje na trajnost senzora tlaka.
Osim toga, vrijednosti osjetljivosti koje procjenjuju rezultate napona i struje za pletenje rebara 1/1, 2/2 i 3/3 pokazale su visoku osjetljivost na napon od 83 i 36 mV/N na tlak 2/2 i 3/3 rebra. 3 senzora potke pokazala su 245% odnosno 50% veću osjetljivost za ove senzore tlaka u usporedbi sa senzorom tlaka potke 1/1 od 24 mV/N.
Riža. 3. Proširena primjena senzora tlaka cijele tkanine. a Primjer senzora tlaka uloška izrađenog od 2/2 potke rebraste tkanine umetnutog ispod dvije kružne elektrode za detekciju pokreta prednjeg dijela stopala (odmah ispod prstiju) i pete. b Shematski prikaz svake faze pojedinačnih koraka u procesu hodanja: doskok pete, uzemljenje, kontakt s prstima i podizanje noge. c Izlazni naponski signali kao odgovor na svaki dio koraka hoda za analizu hoda i d Pojačani električni signali povezani sa svakom fazom hoda. e Shematski prikaz senzora tlaka cijelog tkiva s nizom od do 12 pravokutnih pikselnih ćelija s vodljivim linijama uzorkovanim za detekciju pojedinačnih signala iz svakog piksela. f 3D karta električnog signala generiranog pritiskom prsta na svaki piksel. g Električni signal se detektira samo u pikselu pritisnutom prstom, a u drugim pikselima se ne generira bočni signal, što potvrđuje da nema preslušavanja. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R i dr. (2022.)
Zaključno, ova studija pokazuje visoko osjetljiv i nosivi senzor tlaka tkiva koji uključuje PVDF nanofibre piezoelektrične filamente. Proizvedeni senzori tlaka imaju širok raspon ulaznih sila od 0,02 do 694 Newtona.
Na jednom prototipu električne predilice korišteno je pedeset mlaznica, a kontinuirana podloga od nanovlakana proizvedena je pomoću šaržnog transportera na bazi bakrenih šipki. Pod povremenom kompresijom, proizvedena tkanina s 2/2 potkim rubom pokazala je osjetljivost od 83 mV/N, što je oko 245% više od tkanine s 1/1 potkim rubom.
Predloženi senzori tlaka od tkanine prate električne signale podvrgavajući ih fiziološkim pokretima, uključujući uvijanje, savijanje, stiskanje, trčanje i hodanje. Osim toga, ovi mjerači tlaka tkanine usporedivi su s konvencionalnim tkaninama u pogledu trajnosti, zadržavajući približno 81,3% svoje izvorne čvrstoće čak i nakon 5 standardnih pranja. Osim toga, proizvedeni senzor tkiva učinkovit je u zdravstvenom sustavu generirajući električne signale na temelju kontinuiranih segmenata hodanja osobe.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, i dr. (2022). Piezoelektrični senzor tlaka u tkanini baziran na elektrospredenim poliviniliden fluoridnim nanovlakanima s 50 mlaznica, ovisno o uzorku tkanja. Fleksibilna elektronika npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Odricanje od odgovornosti: Ovdje izneseni stavovi su stavovi autora u njegovom osobnom svojstvu i ne odražavaju nužno stavove tvrtke AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, vlasnika i operatera ove web stranice. Ova izjava o odricanju od odgovornosti dio je uvjeta korištenja ove web stranice.
Bhavna Kaveti je znanstvena spisateljica iz Hyderabada u Indiji. Magistrirala je i doktorirala organsku i medicinsku kemiju na Tehnološkom institutu Vellore u Indiji. Diplomirala je organsku i medicinsku kemiju na Sveučilištu Guanajuato u Meksiku. Njezin istraživački rad vezan je uz razvoj i sintezu bioaktivnih molekula na bazi heterocikla, a ima iskustva u višestepenoj i višekomponentnoj sintezi. Tijekom doktorskog istraživanja radila je na sintezi različitih vezanih i spojenih peptidomimetičkih molekula na bazi heterocikla za koje se očekuje da imaju potencijal za daljnju funkcionalizaciju biološke aktivnosti. Tijekom pisanja disertacija i istraživačkih radova, istraživala je svoju strast prema znanstvenom pisanju i komunikaciji.
Cavity, Buffner. (11. kolovoza 2022.). Senzor tlaka u cijelosti izrađen od tkanine dizajniran za praćenje zdravlja nosivih uređaja. AZonano. Preuzeto 21. listopada 2022. s https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. „Senzor tlaka svih tkiva dizajniran za praćenje zdravlja na nošenim uređajima“. AZonano.21. listopada 2022.21. listopada 2022.
Cavity, Buffner. „Senzor tlaka svih tkiva dizajniran za praćenje zdravlja na nosivim uređajima“. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Od 21. listopada 2022.).
Cavity, Buffner. 2022. Senzor tlaka od tkanine dizajniran za praćenje zdravlja na nosivim uređajima. AZoNano, pristupljeno 21. listopada 2022., https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
U ovom intervjuu, AZoNano razgovara s profesorom Andréom Nelom o inovativnoj studiji u koju je uključen, a koja opisuje razvoj nanonosača "staklenog mjehurića" koji može pomoći lijekovima da uđu u stanice raka gušterače.
U ovom intervjuu, AZoNano razgovara s King Kongom Leejem sa Sveučilišta UC Berkeley o svojoj tehnologiji, optičkim pincetama, koja mu je donijela Nobelovu nagradu.
U ovom intervjuu razgovaramo sa SkyWater Technology o stanju poluvodičke industrije, kako nanotehnologija pomaže u oblikovanju industrije i njihovom novom partnerstvu.
Inoveno PE-550 je najprodavaniji stroj za elektropredenje/raspršivanje za kontinuiranu proizvodnju nanovlakana.
Filmetrics R54 Napredni alat za mapiranje otpora slojeva za poluvodičke i kompozitne pločice.