Używamy plików cookie, aby poprawić Twoje wrażenia.Kontynuując przeglądanie tej witryny, wyrażasz zgodę na używanie przez nas plików cookie.Dodatkowe informacje.
Nadające się do noszenia czujniki ciśnienia mogą pomóc w monitorowaniu zdrowia ludzkiego i realizacji interakcji człowiek-komputer.Trwają prace nad stworzeniem czujników ciśnienia o uniwersalnej konstrukcji urządzenia i wysokiej czułości na naprężenia mechaniczne.
Badanie: Tekstylny piezoelektryczny przetwornik ciśnienia zależny od wzoru splotu na bazie elektroprzędzonych nanowłókien z fluorku poliwinylidenu z 50 dyszami.Źródło zdjęcia: African Studio/Shutterstock.com
Artykuł opublikowany w czasopiśmie npj Flexible Electronics donosi o wytwarzaniu piezoelektrycznych przetworników ciśnienia do tkanin z wykorzystaniem przędz osnowowych z politereftalanu etylenu (PET) i przędz wątkowych z polifluorku winylidenu (PVDF).Działanie opracowanego czujnika ciśnienia w odniesieniu do pomiaru ciśnienia na podstawie wzoru splotu jest zademonstrowane na skali tkaniny o długości około 2 metrów.
Wyniki pokazują, że czułość czujnika ciśnienia zoptymalizowanego przy użyciu konstrukcji typu canard 2/2 jest o 245% wyższa niż w przypadku konstrukcji typu canard 1/1.Ponadto do oceny wydajności zoptymalizowanych tkanin wykorzystano różne dane wejściowe, w tym zginanie, ściskanie, marszczenie, skręcanie i różne ruchy człowieka.W tej pracy czujnik ciśnienia oparty na tkance z matrycą pikseli czujnika wykazuje stabilne właściwości percepcyjne i wysoką czułość.
Ryż.1. Przygotowanie nici PVDF i tkanin wielofunkcyjnych.a Schemat procesu elektroprzędzenia z 50 dyszami stosowanego do produkcji wyrównanych mat z nanowłókien PVDF, w którym pręty miedziane są umieszczane równolegle na taśmie przenośnika, a etapy polegają na przygotowaniu trzech plecionych struktur z czterowarstwowych włókien monofilamentowych.b Obraz SEM i rozkład średnicy wyrównanych włókien PVDF.c Obraz SEM przędzy czterowarstwowej.d Wytrzymałość na rozciąganie i odkształcenie przy zerwaniu przędzy czterowarstwowej w funkcji skrętu.Dyfraktogram rentgenowski przędzy czterowarstwowej pokazujący obecność faz alfa i beta.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R. i in.(2022)
Szybki rozwój inteligentnych robotów i elektronicznych urządzeń ubieralnych spowodował powstanie wielu nowych urządzeń opartych na elastycznych czujnikach ciśnienia, a ich zastosowania w elektronice, przemyśle i medycynie szybko się rozwijają.
Piezoelektryczność to ładunek elektryczny generowany na materiale poddanym naprężeniom mechanicznym.Piezoelektryczność w materiałach asymetrycznych pozwala na liniową odwracalną zależność między naprężeniem mechanicznym a ładunkiem elektrycznym.Dlatego, gdy kawałek materiału piezoelektrycznego jest fizycznie zdeformowany, powstaje ładunek elektryczny i odwrotnie.
Urządzenia piezoelektryczne mogą wykorzystywać wolne źródło mechaniczne, aby zapewnić alternatywne źródło zasilania dla elementów elektronicznych, które zużywają mało energii.Rodzaj materiału i budowa urządzenia to kluczowe parametry przy produkcji urządzeń dotykowych opartych na sprzężeniu elektromechanicznym.Oprócz wysokonapięciowych materiałów nieorganicznych w urządzeniach do noszenia zbadano również elastyczne mechanicznie materiały organiczne.
Polimery przetwarzane na nanowłókna metodami elektroprzędzenia są szeroko stosowane jako urządzenia do magazynowania energii piezoelektrycznej.Piezoelektryczne nanowłókna polimerowe ułatwiają tworzenie struktur projektowych opartych na tkaninach do zastosowań w noszeniu, zapewniając generowanie elektromechaniczne w oparciu o elastyczność mechaniczną w różnych środowiskach.
W tym celu szeroko stosowane są polimery piezoelektryczne, w tym PVDF i jego pochodne, które charakteryzują się silną piezoelektrycznością.Te włókna PVDF są ciągnione i przędzone w tkaniny do zastosowań piezoelektrycznych, w tym czujników i generatorów.
Rycina 2. Tkanki wielkopowierzchniowe i ich właściwości fizyczne.Zdjęcie dużego wzoru żebra 2/2 wątku do 195 cm x 50 cm.b Obraz SEM wzoru wątku 2/2 składającego się z jednego wątku PVDF przeplatanego dwiema podstawami PET.c Moduł i odkształcenie przy zerwaniu w różnych tkaninach z krawędziami wątku 1/1, 2/2 i 3/3.d to kąt zawieszenia mierzony dla tkaniny.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R. i in.(2022)
W niniejszej pracy generatory tkanin oparte na włóknach nanowłókien PVDF są konstruowane przy użyciu sekwencyjnego 50-strumieniowego procesu elektroprzędzenia, w którym zastosowanie 50 dysz ułatwia produkcję mat z nanowłókien za pomocą obrotowego przenośnika taśmowego.Różne struktury splotu są tworzone przy użyciu przędzy PET, w tym 1/1 (gładki), 2/2 i 3/3 żebra wątku.
We wcześniejszych pracach opisano wykorzystanie miedzi do wyrównania włókien w postaci wyrównanych drutów miedzianych na bębnach zbierających włókna.Jednak obecne prace polegają na równoległych prętach miedzianych rozmieszczonych w odstępach 1,5 cm na taśmie przenośnika, aby pomóc wyrównać dysze przędzalnicze w oparciu o oddziaływania elektrostatyczne między przychodzącymi naładowanymi włóknami a ładunkami na powierzchni włókien przyczepionych do włókna miedzianego.
W przeciwieństwie do wcześniej opisanych czujników pojemnościowych lub piezorezystancyjnych, czujnik nacisku tkanki proponowany w tym artykule reaguje na szeroki zakres sił wejściowych od 0,02 do 694 niutonów.Ponadto proponowany czujnik nacisku tkaniny zachował 81,3% pierwotnego wkładu po pięciu standardowych praniach, co wskazuje na trwałość czujnika nacisku.
Ponadto wartości czułości oceniające wyniki napięciowe i prądowe dla dziania żebrowego 1/1, 2/2 i 3/3 wykazały wysoką czułość napięciową 83 i 36 mV/N na nacisk żebra 2/2 i 3/3.3 czujniki wątku wykazały odpowiednio o 245% i 50% wyższą czułość dla tych czujników ciśnienia w porównaniu z czujnikiem ciśnienia wątku 24 mV/N 1/1.
Ryż.3. Rozszerzone zastosowanie pełnego czujnika nacisku tkaniny.a Przykład czujnika nacisku na wkładkę wykonaną z tkaniny prążkowanej 2/2, umieszczonej pod dwiema okrągłymi elektrodami w celu wykrywania ruchu przodostopia (tuż pod palcami) i pięty.b Schematyczne przedstawienie każdego etapu poszczególnych kroków w procesie chodzenia: lądowanie piętą, uziemienie, kontakt z palcami i uniesienie nogi.c Napięciowe sygnały wyjściowe w odpowiedzi na każdą część kroku chodu do analizy chodu oraz d Wzmocnione sygnały elektryczne związane z każdą fazą chodu.e Schemat pełnego czujnika ciśnienia tkankowego z układem do 12 prostokątnych komórek pikselowych z liniami przewodzącymi ułożonymi w celu wykrywania pojedynczych sygnałów z każdego piksela.f Trójwymiarowa mapa sygnału elektrycznego generowanego przez naciśnięcie palca na każdym pikselu.g Sygnał elektryczny jest wykrywany tylko w pikselu naciśniętym palcem, aw innych pikselach nie jest generowany żaden sygnał boczny, co potwierdza brak przesłuchu.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R. i in.(2022)
Podsumowując, badanie to demonstruje wysoce czuły i nadający się do noszenia czujnik nacisku tkanki, zawierający piezoelektryczne włókna PVDF z nanowłókien.Produkowane czujniki ciśnienia posiadają szeroki zakres sił wejściowych od 0,02 do 694 niutonów.
Pięćdziesiąt dysz zastosowano w jednej prototypowej elektrycznej maszynie przędzalniczej, a ciągła mata z nanowłókien została wyprodukowana za pomocą przenośnika wsadowego opartego na prętach miedzianych.Podczas przerywanego ściskania, wytworzona tkanina z rąbkiem wątkowym 2/2 wykazała czułość 83 mV/N, czyli o około 245% wyższą niż tkanina z rąbkiem wątkowym 1/1.
Proponowane w całości tkane czujniki ciśnienia monitorują sygnały elektryczne, poddając je ruchom fizjologicznym, w tym skręcaniu, zginaniu, ściskaniu, bieganiu i chodzeniu.Ponadto te manometry do tkanin są porównywalne z konwencjonalnymi tkaninami pod względem trwałości, zachowując około 81,3% pierwotnej wydajności nawet po 5 standardowych praniach.Ponadto wyprodukowany czujnik tkankowy jest skuteczny w systemie opieki zdrowotnej, generując sygnały elektryczne na podstawie ciągłych odcinków chodu człowieka.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR i in.(2022).Piezoelektryczny czujnik nacisku tkaniny na bazie nanowłókien polifluorku winylidenu elektroprzędzonych z 50 dyszami, w zależności od wzoru splotu.Elastyczna elektronika np.https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Zastrzeżenie: Poglądy wyrażone tutaj są poglądami autora jako osoby prywatnej i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, właściciela i operatora tej witryny.Niniejsze wyłączenie odpowiedzialności jest częścią warunków korzystania z tej witryny.
Bhavna Kaveti jest pisarzem naukowym z Hyderabadu w Indiach.Posiada tytuł magistra i doktora nauk medycznych z Vellore Institute of Technology w Indiach.z chemii organicznej i medycznej na Uniwersytecie Guanajuato w Meksyku.Jej praca naukowa związana jest z rozwojem i syntezą cząsteczek bioaktywnych opartych na heterocyklach, posiada doświadczenie w syntezie wieloetapowej i wieloskładnikowej.Podczas swoich badań doktoranckich pracowała nad syntezą różnych związanych i skondensowanych cząsteczek peptydomimetycznych opartych na heterocyklach, które mają potencjał dalszej funkcjonalizacji aktywności biologicznej.Pisząc rozprawy i artykuły naukowe, zgłębiała swoją pasję do pisania i komunikacji naukowej.
Jama, Buffner.(11 sierpnia 2022).Czujnik nacisku wykonany w całości z tkaniny przeznaczony do monitorowania stanu zdrowia urządzeń do noszenia.AZonano.Pobrano 21 października 2022 r. z https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Jama, Buffner.„Czujnik ciśnienia obejmujący całą tkankę przeznaczony do monitorowania stanu zdrowia w noszeniu”.AZonano.21 października 2022 .21 października 2022 .
Jama, Buffner.„Czujnik ciśnienia obejmujący całą tkankę przeznaczony do monitorowania stanu zdrowia w noszeniu”.AZonano.https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.(Stan na 21 października 2022 r.).
Jama, Buffner.2022. Całkowicie płócienny czujnik ciśnienia przeznaczony do monitorowania stanu zdrowia.AZoNano, dostęp 21 października 2022 r., https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
W tym wywiadzie AZoNano rozmawia z profesorem André Nelem o innowacyjnym badaniu, w które jest zaangażowany, opisującym rozwój nanonośnika „szklanej bańki”, który może pomóc lekom dostać się do komórek raka trzustki.
W tym wywiadzie AZoNano rozmawia z King Kong Lee z UC Berkeley o swojej nagrodzonej Nagrodą Nobla technologii, pęsecie optycznej.
W tym wywiadzie rozmawiamy ze SkyWater Technology o stanie branży półprzewodników, o tym, jak nanotechnologia pomaga kształtować branżę oraz o ich nowym partnerstwie.
Inoveno PE-550 to najlepiej sprzedająca się maszyna do elektroprzędzenia/natrysku do ciągłej produkcji nanowłókien.
Filmetrics R54 Zaawansowane narzędzie do mapowania rezystancji arkusza dla płytek półprzewodnikowych i kompozytowych.