Vi bruker informasjonskapsler for å forbedre opplevelsen din. Ved å fortsette å bruke dette nettstedet, godtar du vår bruk av informasjonskapsler. Tilleggsinformasjon.
Bærbare trykksensorer kan bidra til å overvåke menneskers helse og realisere menneske-maskin-interaksjon. Det pågår arbeid med å lage trykksensorer med universell enhetsdesign og høy følsomhet for mekanisk stress.
Studie: Vevemønsteravhengig piezoelektrisk trykktransduser i tekstil basert på elektrospunnede polyvinylidenfluorid-nanofibre med 50 dyser. Bildekreditt: African Studio/Shutterstock.com
En artikkel publisert i tidsskriftet npj Flexible Electronics rapporterer om fabrikasjon av piezoelektriske trykktransdusere for tekstiler ved bruk av polyetylentereftalat (PET) varpgarn og polyvinylidenfluorid (PVDF) veftgarn. Ytelsen til den utviklede trykksensoren i forhold til trykkmåling basert på vevemønsteret demonstreres på en stoffskala på omtrent 2 meter.
Resultatene viser at følsomheten til en trykksensor optimalisert med 2/2 canard-designet er 245 % høyere enn 1/1 canard-designet. I tillegg ble ulike inndata brukt for å evaluere ytelsen til de optimaliserte stoffene, inkludert fleksjon, klemming, rynking, vridning og ulike menneskelige bevegelser. I dette arbeidet viser en vevsbasert trykksensor med en sensorpikselmatrise stabile persepsjonelle egenskaper og høy følsomhet.
Ris. 1. Fremstilling av PVDF-tråder og multifunksjonelle stoffer. et diagram av en elektrospinningsprosess med 50 dyser som brukes til å produsere justerte matter av PVDF-nanofibre, hvor kobberstenger plasseres parallelt på et transportbånd, og trinnene er å fremstille tre flettede strukturer fra firelags monofilamentfilamenter. b SEM-bilde og diameterfordeling av justerte PVDF-fibre. c SEM-bilde av et firelags garn. d Strekkfasthet og tøyning ved brudd av et firelags garn som en funksjon av vridning. e Røntgendiffraksjonsmønster av et firelags garn som viser tilstedeværelsen av alfa- og beta-faser. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Den raske utviklingen av intelligente roboter og bærbare elektroniske enheter har gitt opphav til mange nye enheter basert på fleksible trykksensorer, og bruksområdene deres innen elektronikk, industri og medisin er i rask utvikling.
Piezoelektrisitet er en elektrisk ladning som genereres på et materiale som utsettes for mekanisk stress. Piezoelektrisitet i asymmetriske materialer muliggjør et lineært reversibelt forhold mellom mekanisk stress og elektrisk ladning. Derfor, når et stykke piezoelektrisk materiale deformeres fysisk, opprettes en elektrisk ladning, og omvendt.
Piezoelektriske enheter kan bruke en fri mekanisk kilde for å gi en alternativ strømkilde for elektroniske komponenter som bruker lite strøm. Materialtypen og strukturen til enheten er nøkkelparametre for produksjon av berøringsenheter basert på elektromekanisk kobling. I tillegg til høyspennings uorganiske materialer, har mekanisk fleksible organiske materialer også blitt utforsket i bærbare enheter.
Polymerer bearbeidet til nanofibre ved hjelp av elektrospinningmetoder er mye brukt som piezoelektriske energilagringsenheter. Piezoelektriske polymer-nanofibre forenkler etableringen av stoffbaserte designstrukturer for bruksområder ved å gi elektromekanisk generering basert på mekanisk elastisitet i en rekke miljøer.
Til dette formålet er piezoelektriske polymerer mye brukt, inkludert PVDF og dets derivater, som har sterk piezoelektrisitet. Disse PVDF-fibrene trekkes og spinnes til tekstiler for piezoelektriske applikasjoner, inkludert sensorer og generatorer.
Figur 2. Store vevflater og deres fysiske egenskaper. Fotografi av et stort 2/2-veft-ribbemønster opptil 195 cm x 50 cm. b SEM-bilde av et 2/2-veftmønster bestående av én PVDF-veft sammenflettet med to PET-baser. c Modul og tøyning ved brudd i forskjellige stoffer med 1/1-, 2/2- og 3/3-veftkanter. d er hengevinkelen målt for stoffet. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
I dette arbeidet konstrueres stoffgeneratorer basert på PVDF-nanofiberfilamenter ved hjelp av en sekvensiell 50-jets elektrospinningsprosess, hvor bruk av 50 dyser forenkler produksjonen av nanofibermatter ved hjelp av et roterende transportbånd. Ulike vevstrukturer lages ved hjelp av PET-garn, inkludert 1/1 (enkel), 2/2 og 3/3 veftribber.
Tidligere arbeid har rapportert bruk av kobber for fiberjustering i form av justerte kobbertråder på fiberoppsamlingstrommer. Imidlertid består det nåværende arbeidet av parallelle kobberstenger plassert 1,5 cm fra hverandre på et transportbånd for å hjelpe til med å justere spinndysene basert på elektrostatiske interaksjoner mellom innkommende ladede fibre og ladninger på overflaten av fibrene festet til kobberfiberen.
I motsetning til tidligere beskrevne kapasitive eller piezoresistive sensorer, reagerer vevstrykksensoren som foreslås i denne artikkelen på et bredt spekter av inngangskrefter fra 0,02 til 694 Newton. I tillegg beholdt den foreslåtte stofftrykksensoren 81,3 % av sin opprinnelige inngang etter fem standardvasker, noe som indikerer trykksensorens holdbarhet.
I tillegg viste følsomhetsverdier som evaluerte spennings- og strømresultater for 1/1, 2/2 og 3/3 ribbestrikking høy spenningsfølsomhet på 83 og 36 mV/N til 2/2 og 3/3 ribbetrykk. 3 veftsensorer viste henholdsvis 245 % og 50 % høyere følsomhet for disse trykksensorene, sammenlignet med 24 mV/N vefttrykksensoren 1/1.
Rice. 3. Utvidet anvendelse av heldekkende trykksensor. a Eksempel på en innleggssåletrykksensor laget av 2/2 veft ribbet stoff satt inn under to sirkulære elektroder for å oppdage forfoten (like under tærne) og hælbevegelse. b Skjematisk fremstilling av hvert trinn i de individuelle trinnene i gangprosessen: hællanding, jording, tåkontakt og benløft. c Spenningsutgangssignaler som respons på hver del av gangsteget for ganganalyse og d Forsterkede elektriske signaler assosiert med hver fase av gangen. e Skjematisk fremstilling av en heldekkende vevstrykksensor med en matrise på opptil 12 rektangulære pikselceller med ledende linjer mønstret for å oppdage individuelle signaler fra hver piksel. f Et 3D-kart over det elektriske signalet som genereres ved å trykke med en finger på hver piksel. g Et elektrisk signal oppdages bare i den fingertrykkede pikselen, og ingen sidesignaler genereres i andre piksler, noe som bekrefter at det ikke er noen krysstale. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Avslutningsvis demonstrerer denne studien en svært følsom og bærbar vevstrykksensor som inneholder piezoelektriske filamenter av PVDF-nanofiber. Produserte trykksensorer har et bredt spekter av inngangskrefter fra 0,02 til 694 Newton.
Femti dyser ble brukt på én prototype elektrisk spinnemaskin, og en kontinuerlig matte av nanofibre ble produsert ved hjelp av et batch-transportbånd basert på kobberstenger. Under intermitterende kompresjon viste det produserte 2/2 veft faldstoffet en følsomhet på 83 mV/N, som er omtrent 245 % høyere enn 1/1 veft faldstoffet.
De foreslåtte helgevevde trykksensorene overvåker elektriske signaler ved å utsette dem for fysiologiske bevegelser, inkludert vridning, bøying, klemming, løping og gange. I tillegg er disse stofftrykkmålerne sammenlignbare med konvensjonelle stoffer når det gjelder holdbarhet, og beholder omtrent 81,3 % av sin opprinnelige ytelse selv etter 5 standardvasker. I tillegg er den produserte vevssensoren effektiv i helsevesenet ved å generere elektriske signaler basert på kontinuerlige segmenter av en persons gange.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al. (2022). Piezoelektrisk trykksensor for tekstiler basert på elektrospunnede polyvinylidenfluorid-nanofibre med 50 dyser, avhengig av vevemønsteret. Fleksibel elektronikk npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Ansvarsfraskrivelse: Synspunktene som uttrykkes her er forfatterens egne synspunkter og gjenspeiler ikke nødvendigvis synspunktene til AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, eieren og operatøren av dette nettstedet. Denne ansvarsfraskrivelsen er en del av bruksvilkårene for dette nettstedet.
Bhavna Kaveti er en vitenskapsskribent fra Hyderabad i India. Hun har en mastergrad og en doktorgrad i organisk og medisinsk kjemi fra Vellore Institute of Technology i India, fra University of Guanajuato i Mexico. Forskningsarbeidet hennes er relatert til utvikling og syntese av bioaktive molekyler basert på heterosykler, og hun har erfaring med flertrinns- og flerkomponentsyntese. I løpet av doktorgradsforskningen jobbet hun med syntesen av ulike heterosyklbaserte bundne og fusjonerte peptidomimetiske molekyler som forventes å ha potensial til å ytterligere funksjonalisere biologisk aktivitet. Mens hun skrev avhandlinger og forskningsartikler, utforsket hun sin lidenskap for vitenskapelig skriving og kommunikasjon.
Cavity, Buffner. (11. august 2022). Full stofftrykksensor designet for bærbar helseovervåking. AZonano. Hentet 21. oktober 2022 fra https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. «En trykksensor for hele vevet designet for bærbar helseovervåking». AZonano.21. oktober 2022.21. oktober 2022.
Cavity, Buffner. «En trykksensor for hele vevet designet for bærbar helseovervåking». AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Per 21. oktober 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Trykksensor i helstoff designet for bærbar helseovervåking. AZoNano, besøkt 21. oktober 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
I dette intervjuet snakker AZoNano med professor André Nel om en innovativ studie han er involvert i, som beskriver utviklingen av en «glassboble»-nanobærer som kan hjelpe legemidler med å komme inn i kreftceller i bukspyttkjertelen.
I dette intervjuet snakker AZoNano med King Kong Lee fra UC Berkeley om hans nobelprisvinnende teknologi, optisk pinsett.
I dette intervjuet snakker vi med SkyWater Technology om tilstanden til halvlederindustrien, hvordan nanoteknologi er med på å forme industrien og deres nye partnerskap.
Inoveno PE-550 er den mest solgte elektrospinnings-/sprøytemaskinen for kontinuerlig nanofiberproduksjon.
Filmetrics R54 Avansert verktøy for kartlegging av arkmotstand for halvleder- og komposittwafere.