Käytämme evästeitä käyttökokemuksesi parantamiseksi. Jatkamalla sivuston selaamista hyväksyt evästeiden käytön. Lisätietoja.
Puettavat paineanturit voivat auttaa ihmisen terveyden seurannassa ja toteuttamaan ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutusta. Työtä tehdään parhaillaan paineantureiden luomiseksi, jotka ovat yleismaailmallisen laiterakenteen ja herkkiä mekaaniselle rasitukselle.
Tutkimus: Kudontakuviosta riippuva tekstiilistä valmistettu pietsosähköinen paineanturi, joka perustuu sähkökehrättyihin polyvinyylideenifluoridi-nanokuituihin ja jossa on 50 suutinta. Kuvan lähde: African Studio/Shutterstock.com
Npj Flexible Electronics -lehdessä julkaistussa artikkelissa käsitellään pietsosähköisten paineantureiden valmistusta kankaille, joissa käytetään polyeteenitereftalaatista (PET) valmistettuja loimilankoja ja polyvinyylideenifluoridista (PVDF) valmistettuja kudelankoja. Kehitetyn paineanturin suorituskykyä kudontakuvioon perustuvassa paineenmittauksessa on demonstroitu noin kahden metrin kangaskokoisella kankaalla.
Tulokset osoittavat, että 2/2-ankkarakenteisella mallilla optimoidun paineanturin herkkyys on 245 % korkeampi kuin 1/1-ankkarakenteisella mallilla. Lisäksi optimoitujen kankaiden suorituskyvyn arviointiin käytettiin erilaisia ​​​​syöttötekijöitä, mukaan lukien taipuminen, puristuminen, rypistyminen, kiertyminen ja erilaiset ihmisen liikkeet. Tässä työssä kudospohjainen paineanturi, jossa on anturipikseliryhmä, osoittaa vakaat havainto-ominaisuudet ja korkean herkkyyden.
Kuva. 1. PVDF-lankojen ja monitoimisten kankaiden valmistus. a Kaavio 50-suuttimisesta sähkökehräysprosessista, jota käytetään PVDF-nanokuitujen linjattujen mattojen valmistukseen, jossa kuparitankoja asetetaan rinnakkain kuljetinhihnalle ja vaiheet ovat kolmen punotun rakenteen valmistaminen nelikerroksisista monofilamenttilangoista. b Linjattujen PVDF-kuitujen SEM-kuva ja halkaisijajakauma. c Nelisäikeisen langan SEM-kuva. d Nelisäikeisen langan vetolujuus ja murtovenymä kierteen funktiona. e Nelisäikeisen langan röntgendiffraktiokuvio, joka osoittaa alfa- ja beetafaasien läsnäolon. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Älykkäiden robottien ja puettavien elektronisten laitteiden nopea kehitys on synnyttänyt monia uusia joustaviin paineantureihin perustuvia laitteita, ja niiden sovellukset elektroniikassa, teollisuudessa ja lääketieteessä kehittyvät nopeasti.
Pietsosähköisyys on sähkövaraus, joka syntyy mekaaniseen rasitukseen altistettuun materiaaliin. Pietsosähköisyys epäsymmetrisissä materiaaleissa mahdollistaa lineaarisen, palautuvan suhteen mekaanisen rasituksen ja sähkövarauksen välillä. Näin ollen, kun pietsosähköisen materiaalin kappale fyysisesti muuttaa muotoaan, syntyy sähkövaraus ja päinvastoin.
Pietsosähköiset laitteet voivat käyttää vapaata mekaanista lähdettä vaihtoehtoisena virtalähteenä vähän virtaa kuluttaville elektronisille komponenteille. Laitteen materiaalityyppi ja rakenne ovat keskeisiä parametreja sähkömekaaniseen kytkentään perustuvien kosketuslaitteiden valmistuksessa. Korkeajännitteisten epäorgaanisten materiaalien lisäksi myös mekaanisesti joustavia orgaanisia materiaaleja on tutkittu puetuissa laitteissa.
Elektrospinning-menetelmillä nanokuiduiksi prosessoituja polymeerejä käytetään laajalti pietsosähköisinä energian varastointilaitteina. Pietsosähköiset polymeerinanokuidut helpottavat kangaspohjaisten suunnittelurakenteiden luomista puettaviin sovelluksiin tarjoamalla sähkömekaanista generointia mekaanisen elastisuuden perusteella erilaisissa ympäristöissä.
Tähän tarkoitukseen käytetään laajalti pietsosähköisiä polymeerejä, mukaan lukien PVDF ja sen johdannaiset, joilla on vahva pietsosähköisyys. Näitä PVDF-kuituja vedetään ja kehrätään kankaiksi pietsosähköisiin sovelluksiin, kuten antureihin ja generaattoreihin.
Kuva 2. Laajapintaiset kudokset ja niiden fysikaaliset ominaisuudet. Valokuva suuresta 2/2-kudekuviosta, jonka koko on enintään 195 cm x 50 cm. b SEM-kuva 2/2-kudekuviosta, joka koostuu yhdestä PVDF-kuteesta, jonka välissä on kaksi PET-pohjaa. c Kimmokerroin ja murtovenymä erilaisissa kankaissa, joissa on 1/1-, 2/2- ja 3/3-kudereunat. d on kankaan mitattu ripustuskulma. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R ym. (2022)
Tässä työssä rakennetaan PVDF-nanokuitufilamentteihin perustuvia kangasgeneraattoreita käyttämällä peräkkäistä 50-suihkuista sähkökehräysprosessia, jossa 50 suuttimen käyttö mahdollistaa nanokuitumattojen valmistuksen pyörivällä hihnakuljettimella. PET-langasta luodaan erilaisia ​​kudosrakenteita, mukaan lukien 1/1 (sileä), 2/2 ja 3/3 kudelangat.
Aiemmissa tutkimuksissa on raportoitu kuparin käytöstä kuitujen kohdistamiseen kuitujenkeräysrumpujen kohdistettujen kuparilankojen muodossa. Nykyisessä tutkimuksessa käytetään kuitenkin kuljetinhihnalla 1,5 cm:n välein olevia yhdensuuntaisia ​​kuparitankoja, jotka auttavat kohdistamaan kehruusuulakkeita sisään tulevien varautuneiden kuitujen ja kuparikuituun kiinnittyneiden kuitujen pinnalla olevien varausten välisten sähköstaattisten vuorovaikutusten perusteella.
Toisin kuin aiemmin kuvatut kapasitiiviset tai pietsoresistiiviset anturit, tässä artikkelissa ehdotettu kudospaineanturi reagoi laajaan syöttövoima-alueeseen 0,02 - 694 Newtonia. Lisäksi ehdotettu kangaspaineanturi säilytti 81,3 % alkuperäisestä syötteestään viiden standardipesun jälkeen, mikä osoittaa paineanturin kestävyyden.
Lisäksi 1/1-, 2/2- ja 3/3-joustinneuleen jännite- ja virtatuloksia arvioivat herkkyysarvot osoittivat korkean 83 ja 36 mV/N jänniteherkkyyden 2/2- ja 3/3-joustinneuleen paineelle. Kolmen kudelangan paineanturin herkkyys oli näille paineantureille 245 % ja 50 % korkeampi verrattuna 24 mV/N kudelangan paineanturiin 1/1.
Riisi. 3. Kokokankaisen paineanturin laajennettu sovellus. a Esimerkki pohjallisen paineanturista, joka on valmistettu 2/2-kudelangasta uurretusta kankaasta, joka on asetettu kahden pyöreän elektrodin alle havaitsemaan jalkaterän etuosan (juuri varpaiden alapuolella) ja kantapään liikettä. b Kaaviokuva kävelyprosessin yksittäisten vaiheiden jokaisesta vaiheesta: kantapään laskeutuminen, maadoitus, varpaan kosketus ja jalan nosto. c Jännitelähtösignaalit vastauksena jokaiseen kävelyaskeleen osaan kävelyanalyysiä varten ja d Vahvistetut sähköiset signaalit, jotka liittyvät kävelyn jokaiseen vaiheeseen. e Kaaviokuva täydellisestä kudospaineanturista, jossa on jopa 12 suorakaiteen muotoisen pikselisolun ryhmä, jossa on johtavat viivat kuvioituina yksittäisten signaalien havaitsemiseksi kustakin pikselistä. f 3D-kartta sähköisestä signaalista, joka syntyy painamalla sormella kutakin pikseliä. g Sähköinen signaali havaitaan vain sormella painetussa pikselissä, eikä muissa pikseleissä synny sivusignaalia, mikä vahvistaa, ettei ylikuulumista ole. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Yhteenvetona voidaan todeta, että tässä tutkimuksessa esitellään erittäin herkkä ja puettava kudospaineanturi, joka sisältää PVDF-nanokuituisia pietsosähköisiä filamentteja. Valmistetuilla paineantureilla on laaja tulovoimien alue 0,02 - 694 Newtonia.
Yhdessä sähköisen kehräyskoneen prototyypissä käytettiin viittäkymmentä suutinta, ja jatkuva nanokuitumatto valmistettiin kuparitankoihin perustuvalla eräkuljettimella. Jaksottaisessa puristuksessa valmistettu 2/2-kudemainen helmakangas osoitti 83 mV/N:n herkkyyden, mikä on noin 245 % korkeampi kuin 1/1-kudemainen helmakangas.
Ehdotetut kokonaan kudotut paineanturit valvovat sähköisiä signaaleja altistamalla ne fysiologisille liikkeille, kuten kiertämiselle, taivuttamiselle, puristukselle, juoksemiselle ja kävelylle. Lisäksi nämä kangaspaineanturit ovat kestävyyden suhteen verrattavissa perinteisiin kankaisiin, säilyttäen noin 81,3 % alkuperäisestä riittoisuudestaan ​​jopa viiden normaalin pesun jälkeen. Lisäksi valmistettu kudosanturi on tehokas terveydenhuoltojärjestelmässä tuottamalla sähköisiä signaaleja henkilön kävelyn jatkuvien segmenttien perusteella.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, ym. (2022). Kankaasta valmistettu pietsosähköinen paineanturi, joka perustuu sähkökehrättyihin polyvinyylideenifluoridi-nanokuituihin, joissa on 50 suutinta kudoskuviosta riippuen. Joustava elektroniikka npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Vastuuvapauslauseke: Tässä esitetyt näkemykset ovat kirjoittajan henkilökohtaisia ​​eivätkä välttämättä vastaa AZoM.com Limited T/A AZoNetworkin, tämän verkkosivuston omistajan ja ylläpitäjän, näkemyksiä. Tämä vastuuvapauslauseke on osa tämän verkkosivuston käyttöehtoja.
Bhavna Kaveti on tiedekirjoittaja Hyderabadista, Intiasta. Hänellä on maisterin ja lääketieteen tohtorin tutkinnot Vellore Institute of Technologysta Intiasta, sekä orgaanisen ja lääketieteellisen kemian tutkinnot Guanajuaton yliopistosta Meksikosta. Hänen tutkimustyönsä liittyy heterosykleihin perustuvien bioaktiivisten molekyylien kehittämiseen ja synteesiin, ja hänellä on kokemusta monivaiheisesta ja monikomponenttisesta synteesistä. Tohtoritutkimuksensa aikana hän työskenteli erilaisten heterosykleihin perustuvien sidottujen ja fuusioituneiden peptidomimeettisten molekyylien synteesin parissa, joiden odotetaan voivan edelleen funktionalisoida biologista aktiivisuutta. Kirjoittaessaan väitöskirjoja ja tutkimuspapereita hän tutki intohimoaan tieteelliseen kirjoittamiseen ja viestintään.
Cavity, Buffner. (11. elokuuta 2022). Täysin kankaasta valmistettu paineanturi, joka on suunniteltu puettavaan terveydentilan seurantaan. AZonano. Haettu 21. lokakuuta 2022 osoitteesta https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. ”Koko kudospaineanturi, joka on suunniteltu puettavaan terveydentilan seurantaan”. AZonano.21. lokakuuta 2022.21. lokakuuta 2022.
Cavity, Buffner. ”Kaikkien kudosten paineanturi, joka on suunniteltu puettavaan terveydentilan seurantaan”. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Tilanne 21. lokakuuta 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Kokokankaasta valmistettu paineanturi puettavaan terveydentilan seurantaan. AZoNano, luettu 21. lokakuuta 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Tässä haastattelussa AZoNano keskustelee professori André Nelin kanssa innovatiivisesta tutkimuksesta, jossa hän on mukana. Tutkimus kuvaa "lasikupla"-nanokantaja-aineen kehittämistä. Tutkimus voi auttaa lääkkeitä pääsemään haimasyöpäsoluihin.
Tässä haastattelussa AZoNano keskustelee UC Berkeleyn King Kong Leen kanssa hänen Nobel-palkitusta teknologiastaan, optisista pinseteistä.
Tässä haastattelussa keskustelemme SkyWater Technologyn kanssa puolijohdeteollisuuden tilasta, siitä, miten nanoteknologia auttaa muokkaamaan alaa, ja heidän uudesta kumppanuudestaan.
Inoveno PE-550 on myydyin sähkökehräys-/ruiskutuskone jatkuvatoimiseen nanokuitujen tuotantoon.
Filmetrics R54 Edistynyt puolijohde- ja komposiittikiekkojen pintaresistanssikartoitustyökalu.