Използваме „бисквитки“, за да подобрим вашето преживяване. Като продължите да разглеждате този сайт, вие се съгласявате с употребата на „бисквитки“. Допълнителна информация.
Носими сензори за налягане могат да помогнат за наблюдение на човешкото здраве и осъществяване на взаимодействие човек-компютър. Продължават усилията за създаване на сензори за налягане с универсален дизайн на устройството и висока чувствителност към механично натоварване.
Проучване: Пиезоелектричен преобразувател на налягане в текстил, зависим от модела на тъкане, базиран на електропредени поливинилиден флуоридни нановлакна с 50 дюзи. Снимка: African Studio/Shutterstock.com
Статия, публикувана в списанието npj Flexible Electronics, докладва за производството на пиезоелектрични преобразуватели на налягане за тъкани, използващи основа от полиетилен терефталат (PET) и утък от поливинилиден флуорид (PVDF). Производителността на разработения сензор за налягане по отношение на измерването на налягане въз основа на модела на тъкане е демонстрирана върху плат с размери приблизително 2 метра.
Резултатите показват, че чувствителността на сензор за налягане, оптимизиран с помощта на дизайна 2/2 canard, е с 245% по-висока от тази на дизайна 1/1 canard. Освен това, за оценка на производителността на оптимизираните тъкани са използвани различни входни данни, включително огъване, стискане, набръчкване, усукване и различни човешки движения. В тази работа, сензор за налягане, базиран на тъкан, с матрица от сензорни пиксели показва стабилни перцептивни характеристики и висока чувствителност.
Ориз. 1. Подготовка на PVDF нишки и многофункционални тъкани. a Диаграма на електропредачен процес с 50 дюзи, използван за производство на подредени подложки от PVDF нановлакна, където медните пръчки се поставят паралелно върху конвейерна лента, а стъпките са за подготовка на три сплетени структури от четирислойни монофиламентни нишки. b SEM изображение и разпределение на диаметъра на подредените PVDF влакна. c SEM изображение на четирислойна прежда. d Якост на опън и деформация при скъсване на четирислойна прежда като функция на усукването. e Рентгенова дифракционна картина на четирислойна прежда, показваща наличието на алфа и бета фази. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Бързото развитие на интелигентните роботи и носими електронни устройства доведе до появата на много нови устройства, базирани на гъвкави сензори за налягане, а приложенията им в електрониката, промишлеността и медицината се развиват бързо.
Пиезоелектричеството е електрически заряд, генериран върху материал, подложен на механично напрежение. Пиезоелектричеството в асиметрични материали позволява линейна обратима връзка между механичното напрежение и електрическия заряд. Следователно, когато парче пиезоелектричен материал се деформира физически, се създава електрически заряд и обратно.
Пиезоелектричните устройства могат да използват свободен механичен източник, за да осигурят алтернативен източник на захранване за електронни компоненти, които консумират малко енергия. Видът материал и структурата на устройството са ключови параметри за производството на сензорни устройства, базирани на електромеханично свързване. В допълнение към неорганичните материали за високо напрежение, механично гъвкави органични материали също са изследвани в носими устройства.
Полимерите, преработени в нановлакна чрез електроспининг методи, се използват широко като пиезоелектрични устройства за съхранение на енергия. Пиезоелектричните полимерни нановлакна улесняват създаването на дизайнерски структури на базата на тъкани за носими приложения, като осигуряват електромеханично генериране, базирано на механична еластичност в различни среди.
За тази цел широко се използват пиезоелектрични полимери, включително PVDF и неговите производни, които имат силно пиезоелектричество. Тези PVDF влакна се изтеглят и изпредват в тъкани за пиезоелектрични приложения, включително сензори и генератори.
Фигура 2. Тъкани с голяма площ и техните физични свойства. Снимка на голям модел с 2/2 вътъчни ребра до 195 см x 50 см. b SEM изображение на модел с 2/2 вътъчни ребра, състоящ се от един PVDF вътъчен слой, преплетен с две PET основи. c Модул и деформация при скъсване в различни тъкани с 1/1, 2/2 и 3/3 вътъчни ръбове. d е ъгълът на окачване, измерен за тъканта. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
В настоящата работа, генератори на тъкани, базирани на PVDF нановлакнести филаменти, са конструирани с помощта на последователен 50-струен електропредачен процес, където използването на 50 дюзи улеснява производството на нановлакнести подложки с помощта на въртяща се лентова конвейерна лента. С помощта на PET прежда са създадени различни структури на тъкане, включително 1/1 (обикновени), 2/2 и 3/3 вътъчни ребра.
В предишни изследвания е докладвано за използването на мед за подравняване на влакната под формата на подравнени медни проводници върху барабани за събиране на влакна. Настоящото изследване обаче се състои от успоредни медни пръти, разположени на разстояние 1,5 см една от друга върху конвейерна лента, за да се подпомогне подравняването на дюзите въз основа на електростатични взаимодействия между входящите заредени влакна и зарядите на повърхността на влакната, прикрепени към медното влакно.
За разлика от описаните по-рано капацитивни или пиезорезистивни сензори, предложеният в тази статия сензор за тъканно налягане реагира на широк диапазон от входни сили от 0,02 до 694 нютона. Освен това, предложеният сензор за тъканно налягане е запазил 81,3% от първоначалния си вход след пет стандартни пранета, което показва издръжливостта на сензора за налягане.
Освен това, стойностите на чувствителността, оценяващи резултатите от напрежението и тока за плетене на ребра 1/1, 2/2 и 3/3, показаха висока чувствителност към напрежение от 83 и 36 mV/N към налягане на ребра 2/2 и 3/3. 3 сензора за вътък демонстрираха съответно 245% и 50% по-висока чувствителност за тези сензори за налягане в сравнение със сензора за налягане на вътък 1/1 от 24 mV/N.
Райс. 3. Разширено приложение на сензор за налягане върху цяла тъкан. a Пример за сензор за налягане върху стелка, изработен от 2/2 оребрена тъкан, поставена под два кръгли електрода за откриване на движението на предната част на стъпалото (точно под пръстите на краката) и петата. b Схематично представяне на всеки етап от отделните стъпки в процеса на ходене: кацане на петата, заземяване, контакт с пръстите и повдигане на крака. c Изходни напреженови сигнали в отговор на всяка част от стъпката на походката за анализ на походката и d Усилени електрически сигнали, свързани с всяка фаза на походката. e Схема на сензор за налягане върху цялата тъкан с масив от до 12 правоъгълни пикселни клетки с проводими линии, моделирани за откриване на отделни сигнали от всеки пиксел. f 3D карта на електрическия сигнал, генериран чрез натискане на пръст върху всеки пиксел. g Електрически сигнал се открива само в натиснатия с пръст пиксел и не се генерира страничен сигнал в други пиксели, което потвърждава, че няма кръстосано смущение. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022 г.)
В заключение, това проучване демонстрира високочувствителен и носим сензор за тъканно налягане, включващ пиезоелектрични нишки от PVDF нановлакна. Произведените сензори за налягане имат широк диапазон от входни сили от 0,02 до 694 нютона.
Петдесет дюзи бяха използвани на един прототип на електрическа предачна машина и беше произведена непрекъсната подложка от нановлакна с помощта на партиден конвейер, базиран на медни пръти. При периодично компресиране, произведената тъкан с подгъв 2/2 показа чувствителност от 83 mV/N, което е с около 245% по-високо от тъканта с подгъв 1/1.
Предложените изцяло тъкани сензори за налягане наблюдават електрическите сигнали, като ги подлагат на физиологични движения, включително усукване, навеждане, стискане, бягане и ходене. Освен това, тези манометри за тъканно налягане са сравними с конвенционалните тъкани по отношение на издръжливост, запазвайки приблизително 81,3% от първоначалния си добив дори след 5 стандартни пранета. В допълнение, произведеният тъканен сензор е ефективен в здравната система, като генерира електрически сигнали въз основа на непрекъснати сегменти от ходенето на човек.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR и др. (2022). Пиезоелектричен сензор за налягане върху тъкани, базиран на електропредени поливинилиден флуоридни нановлакна с 50 дюзи, в зависимост от модела на тъкане. Flexible electronics npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Отказ от отговорност: Изразените тук мнения са на автора в негово лично качество и не отразяват непременно мнението на AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, собственикът и операторът на този уебсайт. Това отказване от отговорност е част от условията за ползване на този уебсайт.
Бхавна Кавети е научен писател от Хайдерабад, Индия. Тя е магистър и доктор по медицина от Технологичния институт Велор, Индия. Завършила е органична и медицинска химия в Университета в Гуанахуато, Мексико. Изследователската ѝ работа е свързана с разработването и синтеза на биоактивни молекули на базата на хетероцикли и има опит в многоетапния и многокомпонентен синтез. По време на докторантурата си тя е работила върху синтеза на различни свързани и кондензирани пептидомиметични молекули на базата на хетероцикли, за които се очаква да имат потенциал за допълнителна функционализация на биологичната активност. Докато пише дисертации и научни статии, тя е развивала страстта си към научното писане и комуникация.
Cavity, Buffner. (11 август 2022 г.). Сензор за налягане, изцяло изработен от плат, предназначен за наблюдение на здравето чрез носене. AZonano. Получено на 21 октомври 2022 г. от https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. „Сензор за налягане върху всички тъкани, предназначен за носене чрез мониторинг на здравето“. AZonano.21 октомври 2022 г.21 октомври 2022 г.
Cavity, Buffner. „Сензор за налягане върху всички тъкани, предназначен за носене чрез мониторинг на здравето“. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Към 21 октомври 2022 г.).
Cavity, Buffner. 2022. Сензор за налягане, изцяло изработен от плат, предназначен за носене чрез мониторинг на здравето. AZoNano, достъп на 21 октомври 2022 г., https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
В това интервю, AZoNano разговаря с професор Андре Нел за иновативно проучване, в което той участва, описващо разработването на наноносител тип „стъклен балон“, който може да помогне на лекарствата да навлязат в раковите клетки на панкреаса.
В това интервю, AZoNano разговаря с Кинг Конг Лий от Калифорнийския университет в Бъркли за неговата технология, носител на Нобелова награда - оптични пинсети.
В това интервю разговаряме със SkyWater Technology за състоянието на полупроводниковата индустрия, как нанотехнологиите помагат за оформянето ѝ и за новото им партньорство.
Inoveno PE-550 е най-продаваната машина за електропредене/пръскане за непрекъснато производство на нановлакна.
Filmetrics R54 Усъвършенстван инструмент за картографиране на съпротивлението на слоевете за полупроводникови и композитни пластини.