We gebruiken cookies om uw ervaring te verbeteren. Door deze site te blijven bladeren, gaat u akkoord met ons gebruik van cookies. Aanvullende informatie.
Wearable druksensoren kunnen helpen bij het volgen van de menselijke gezondheid en het realiseren van interactie tussen mens en computer. Er zijn inspanningen aan de gang om druksensoren te creëren met een universeel apparaatontwerp en een hoge gevoeligheid voor mechanische stress.
Studie: weefpatroonafhankelijke textiel piëzo -elektrische druktransducer op basis van elektrospun polyvinylideen fluoride nanovezels met 50 sproeiers. Afbeelding Credit: African Studio/Shutterstock.com
Een artikel gepubliceerd in het tijdschrift NPJ Flexible Electronics rapporten over de fabricage van piëzo -elektrische druktransducers voor stoffen met behulp van polyethyleentereftalaat (PET) Warp -garens en polyvinylideenfluoride (PVDF) inslaggassen. De prestaties van de ontwikkelde druksensor in relatie tot drukmeting op basis van het weefpatroon worden aangetoond op een stoffenschaal van ongeveer 2 meter.
De resultaten laten zien dat de gevoeligheid van een druksensor die is geoptimaliseerd met behulp van het 2/2 canardontwerp 245% hoger is dan die van het 1/1 canardontwerp. Bovendien werden verschillende inputs gebruikt om de prestaties van de geoptimaliseerde stoffen te evalueren, waaronder flexie, knijpen, rimpelen, draaien en verschillende menselijke bewegingen. In dit werk vertoont een op weefsel gebaseerde druksensor met een sensorpixelarray stabiele perceptuele kenmerken en hoge gevoeligheid.
Rijst. 1. Bereiding van PVDF -threads en multifunctionele stoffen. Een diagram van een elektrospinneringsproces van 50 nekeningen dat wordt gebruikt om uitgelijnde matten van PVDF-nanovezels te produceren, waar koperen staven parallel op een transportband worden geplaatst, en de stappen zijn om drie gevlochten structuren te bereiden van vierlaags monofilamentfilamenten. B SEM -afbeelding en diameterverdeling van uitgelijnde PVDF -vezels. C SEM-afbeelding van een vier-manchengaren. D treksterkte en spanning bij de pauze van een vier-laags garen als een functie van twist. E röntgendiffractiepatroon van een vier-mann garen dat de aanwezigheid van alfa- en bèta-fasen toont. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
De snelle ontwikkeling van intelligente robots en draagbare elektronische apparaten heeft aanleiding gegeven tot veel nieuwe apparaten op basis van flexibele druksensoren, en hun toepassingen in elektronica, industrie en geneeskunde ontwikkelen zich snel.
Piëzo -elektriciteit is een elektrische lading die wordt gegenereerd op een materiaal dat wordt onderworpen aan mechanische stress. Piëzo -elektriciteit in asymmetrische materialen zorgt voor een lineair omkeerbare relatie tussen mechanische stress en elektrische lading. Daarom, wanneer een stuk piëzo -elektrisch materiaal fysiek wordt vervormd, wordt een elektrische lading gecreëerd en vice versa.
Piëzo -elektrische apparaten kunnen een gratis mechanische bron gebruiken om een ​​alternatieve stroombron te bieden voor elektronische componenten die weinig vermogen verbruiken. Het type materiaal en de structuur van het apparaat zijn belangrijke parameters voor de productie van aanraakapparaten op basis van elektromechanische koppeling. Naast hoogspannings anorganische materialen zijn mechanisch flexibele organische materialen ook onderzocht in draagbare apparaten.
Polymeren die worden verwerkt in nanovezels door elektrospinneringsmethoden worden veel gebruikt als piëzo -elektrische energieopslagapparaten. Piëzo-elektrische polymeer nanovezels vergemakkelijken het creëren van op stof gebaseerde ontwerpstructuren voor draagbare toepassingen door elektromechanische generatie te bieden op basis van mechanische elasticiteit in verschillende omgevingen.
Voor dit doel worden piëzo -elektrische polymeren veel gebruikt, inclusief PVDF en zijn derivaten, die een sterke piëzo -elektriciteit hebben. Deze PVDF -vezels worden getekend en gesponnen in stoffen voor piëzo -elektrische toepassingen, waaronder sensoren en generatoren.
Figuur 2. Grote gebiedsweefsels en hun fysieke eigenschappen. Foto van een groot 2/2 inslagribpatroon tot 195 cm x 50 cm. B SEM -afbeelding van een 2/2 inslagpatroon bestaande uit één PVDF -inslag met twee huisdierbases. C Modulus en spanning bij pauze in verschillende stoffen met 1/1, 2/2 en 3/3 inslagranden. D is de hanghoek gemeten voor de stof. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
In het huidige werk worden stoffengeneratoren op basis van PVDF-nanovezelfilamenten geconstrueerd met behulp van een sequentieel elektrospinneringsproces van 50-jet, waarbij het gebruik van 50 sproeiers de productie van nanovezelmatten vergemakkelijkt met behulp van een roterende riemtransportriem. Verschillende weefstructuren worden gemaakt met behulp van PET -garen, waaronder 1/1 (gewoon), 2/2 en 3/3 inslagribben.
Eerder werk heeft het gebruik van koper gemeld voor vezeluitlijning in de vorm van uitgelijnde koperen draden op vezelcollectie drums. Het huidige werk bestaat echter uit parallelle koperen staven met een afstand van 1,5 cm uit elkaar op een transportband om de spinnerets op te lijnen op basis van elektrostatische interacties tussen inkomende geladen vezels en ladingen op het oppervlak van de vezels bevestigd aan de koperen vezel.
In tegenstelling tot eerder beschreven capacitieve of piëzoresistieve sensoren, reageert de in dit artikel voorgestelde weefseldruksensor op een breed scala van inputkrachten van 0,02 tot 694 Newton. Bovendien behield de voorgestelde stofdruksensor 81,3% van zijn oorspronkelijke ingang na vijf standaard wasbeurten, wat de duurzaamheid van de druksensor aangeeft.
Bovendien vertoonden gevoeligheidswaarden die spanning en stroomresultaten evalueren voor 1/1, 2/2 en 3/3 ribbreien hoge spanningsgevoeligheid van 83 en 36 mV/N tot 2/2 en 3/3 ribdruk. 3 inslagsensoren vertoonden respectievelijk 245% en 50% hogere gevoeligheid voor deze druksensoren, vergeleken met de inslagssensor van 24 mV/N 1/1.
Rijst. 3. Uitgebreide toepassing van de full-cloth druksensor. Een voorbeeld van een binnenzooldruksensor gemaakt van 2/2 inslag geribbelde stof ingebracht onder twee cirkelvormige elektroden om voorvoet te detecteren (net onder de tenen) en hielbeweging. B Schematische weergave van elke fase van de individuele stappen in het wandelproces: hiellanding, aarding, teencontact en beenlift. C -spanningsuitgangssignalen in reactie op elk deel van de loopstap voor loopanalyse en D -geamplificeerde elektrische signalen geassocieerd met elke fase van de loop. E schema van een volledige weefseldruksensor met een reeks tot 12 rechthoekige pixelcellen met geleidende lijnen met een patroon om individuele signalen van elke pixel te detecteren. F Een 3D -kaart van het elektrische signaal gegenereerd door een vinger op elke pixel te drukken. G Een elektrisch signaal wordt alleen gedetecteerd in de vingergerichte pixel en er wordt geen zijsignaal gegenereerd in andere pixels, wat bevestigt dat er geen overspraak is. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Concluderend toont deze studie een zeer gevoelige en draagbare weefseldruksensor met PVDF -nanovezel piëzo -elektrische filamenten. Gefabriceerde druksensoren hebben een breed scala aan inputkrachten van 0,02 tot 694 Newton.
Vijftig sproeiers werden gebruikt op één prototype elektrische spinmachine en een continue mat nanovezels werd geproduceerd met behulp van een batchtransporteur op basis van koperen staven. Onder intermitterende compressie vertoonde de vervaardigde 2/2 inslag zoomstof een gevoeligheid van 83 mV/n, die ongeveer 245% hoger is dan de 1/1 inslag -zoomstof.
De voorgestelde all-geweven druksensoren controleren elektrische signalen door ze te onderwerpen aan fysiologische bewegingen, waaronder draaien, buigen, knijpen, rennen en wandelen. Bovendien zijn deze stoffendrukmeters vergelijkbaar met conventionele stoffen in termen van duurzaamheid, waardoor ongeveer 81,3% van hun oorspronkelijke opbrengst wordt vastgehouden, zelfs na 5 standaard wasbeurten. Bovendien is de vervaardigde weefselsensor effectief in het gezondheidszorgsysteem door elektrische signalen te genereren op basis van continue segmenten van het wandelen van een persoon.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al. (2022). Fabric piëzo -elektrische druksensor op basis van elektrospun polyvinylideen fluoride nanovezels met 50 sproeiers, afhankelijk van het weefpatroon. Flexibele elektronica NPJ. https://www.nature.com/articles/S41528-022-00203-6.
Disclaimer: de hier uitgedrukte opvattingen zijn die van de auteur in zijn persoonlijke hoedanigheid en weerspiegelen niet noodzakelijk de mening van Azom.com Limited T/A Azonetwork, de eigenaar en exploitant van deze website. Deze disclaimer maakt deel uit van de gebruiksvoorwaarden van deze website.
Bhavna Kaveti is een wetenschapsschrijver uit Hyderabad, India. Ze houdt MSC en MD van het Vellore Institute of Technology, India. in de biologische en medicinale chemie van de Universiteit van Guanajuato, Mexico. Haar onderzoekswerk is gerelateerd aan de ontwikkeling en synthese van bioactieve moleculen op basis van heterocycli, en ze heeft ervaring in meerstappen en multi-componenten synthese. Tijdens haar doctoraatsonderzoek werkte ze aan de synthese van verschillende op heterocyclen gebaseerde gebonden en gefuseerde peptidomimetische moleculen waarvan wordt verwacht dat ze het potentieel hebben om de biologische activiteit verder te functioneren. Tijdens het schrijven van proefschriften en onderzoeksdocumenten onderzocht ze haar passie voor wetenschappelijk schrijven en communicatie.
Holte, Buffner. (11 augustus 2022). Volledige stofdruksensor ontworpen voor draagbare gezondheidsbewaking. Azonano. Ontvangen 21 oktober 2022 van https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544.
Holte, Buffner. "Een all-weefsel druksensor ontworpen voor draagbare gezondheidsmonitoring". Azonano.21 oktober 2022.21 oktober 2022.
Holte, Buffner. "Een all-weefsel druksensor ontworpen voor draagbare gezondheidsmonitoring". Azonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544. (Vanaf 21 oktober 2022).
Holte, Buffner. 2022. All-cloth druksensor ontworpen voor draagbare gezondheidsbewaking. Azonano, bezocht op 21 oktober 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544.
In dit interview praat Azonano met professor André Nel over een innovatieve studie waarin hij betrokken is die de ontwikkeling van een "glazen bel" nanocarrier beschrijft die geneesmiddelen kan helpen bij het betreden van pancreaskankercellen.
In dit interview praat Azonano met UC Berkeley's King Kong Lee over zijn Nobelprijswinnende technologie, optische pincet.
In dit interview praten we met SkyWater Technology over de staat van de halfgeleiderindustrie, hoe nanotechnologie helpt de industrie en hun nieuwe partnerschap vorm te geven.
Inoveno PE-550 is de best verkopende elektrospinning/spuitmachine voor continue nanovezelproductie.
Filmetrics R54 Geavanceerde bladweerstand Mapping Tool voor halfgeleider- en composietwafels.