Мы используем файлы cookie, чтобы улучшить ваш опыт.Продолжая просматривать этот сайт, вы соглашаетесь на использование нами файлов cookie.Дополнительная информация.
Носимые датчики давления могут помочь контролировать здоровье человека и реализовать взаимодействие человека с компьютером.Ведутся работы по созданию датчиков давления с универсальной конструкцией устройства и высокой чувствительностью к механическим воздействиям.
Исследование: текстильный пьезоэлектрический датчик давления, зависящий от рисунка переплетения, на основе электропрядных поливинилиденфторидных нановолокон с 50 насадками.Изображение предоставлено: Африканская студия/Shutterstock.com
В статье, опубликованной в журнале npj Flexible Electronics, сообщается об изготовлении пьезоэлектрических преобразователей давления для тканей с использованием основных нитей из полиэтилентерефталата (ПЭТ) и уточных нитей из поливинилиденфторида (ПВДФ).Эффективность разработанного датчика давления в отношении измерения давления на основе рисунка переплетения продемонстрирована на тканевых весах длиной примерно 2 метра.
Результаты показывают, что чувствительность датчика давления, оптимизированного с использованием конструкции «утка 2/2», на 245 % выше, чем у датчика с конструкцией «утка 1/1».Кроме того, для оценки производительности оптимизированных тканей использовались различные входные данные, включая сгибание, сжатие, сморщивание, скручивание и различные движения человека.В этой работе датчик давления на основе ткани с массивом пикселей датчика демонстрирует стабильные характеристики восприятия и высокую чувствительность.
Рис.1. Подготовка нитей ПВДФ и многофункциональных тканей.a Схема процесса электропрядения с 50 соплами, используемого для производства выровненных матов из нановолокон PVDF, где медные стержни размещаются параллельно на конвейерной ленте, а этапы заключаются в изготовлении трех плетеных структур из четырехслойных моноволокон.b СЭМ-изображение и распределение по диаметру выровненных волокон ПВДФ.c СЭМ-изображение четырехслойной пряжи.d Прочность на растяжение и деформация при разрыве четырехслойной пряжи в зависимости от крутки.e Рентгенограмма четырехслойной пряжи, показывающая наличие альфа- и бета-фаз.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H.R et al.(2022)
Стремительное развитие интеллектуальных роботов и носимых электронных устройств привело к появлению множества новых устройств на основе гибких датчиков давления, и их применение в электронике, промышленности и медицине стремительно развивается.
Пьезоэлектричество — это электрический заряд, генерируемый на материале, который подвергается механическому воздействию.Пьезоэлектричество в асимметричных материалах допускает линейную обратимую зависимость между механическим напряжением и электрическим зарядом.Следовательно, когда кусок пьезоэлектрического материала физически деформируется, создается электрический заряд, и наоборот.
Пьезоэлектрические устройства могут использовать бесплатный механический источник в качестве альтернативного источника питания для электронных компонентов, которые потребляют мало энергии.Тип материала и структура устройства являются ключевыми параметрами для производства сенсорных устройств на основе электромеханической связи.В дополнение к неорганическим материалам высокого напряжения в носимых устройствах также исследовались механически гибкие органические материалы.
Полимеры, переработанные в нановолокна методами электроформования, широко используются в качестве пьезоэлектрических накопителей энергии.Пьезоэлектрические полимерные нановолокна облегчают создание дизайнерских структур на основе ткани для носимых устройств, обеспечивая электромеханическую генерацию, основанную на механической эластичности в различных средах.
Для этой цели широко используются пьезоэлектрические полимеры, в том числе ПВДФ и его производные, обладающие сильным пьезоэлектричеством.Эти волокна PVDF вытягиваются и скручиваются в ткани для пьезоэлектрических приложений, включая датчики и генераторы.
Рисунок 2. Ткани большой площади и их физические свойства.Фотография большой выкройки резинки 2/2 до 195 см х 50 см.b СЭМ-изображение узора утка 2/2, состоящего из одного утка из ПВДФ, чередующегося с двумя основами из ПЭТ.c Модуль упругости и деформация при разрыве в различных тканях с утком 1/1, 2/2 и 3/3.d - угол подвешивания, измеренный для ткани.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H.R et al.(2022)
В настоящей работе генераторы ткани на основе нитей нановолокна PVDF сконструированы с использованием последовательного процесса электропрядения с 50 струями, где использование 50 сопел облегчает производство матов из нановолокна с использованием вращающейся ленточной конвейерной ленты.Различные структуры переплетения создаются с использованием пряжи ПЭТ, включая 1/1 (гладкую), 2/2 и 3/3 ребра утка.
В предыдущей работе сообщалось об использовании меди для выравнивания волокон в виде выровненных медных проводов на барабанах для сбора волокон.Однако текущая работа состоит из параллельных медных стержней, расположенных на расстоянии 1,5 см друг от друга на конвейерной ленте, чтобы помочь выровнять фильеры на основе электростатических взаимодействий между входящими заряженными волокнами и зарядами на поверхности волокон, прикрепленных к медному волокну.
В отличие от ранее описанных емкостных или пьезорезистивных датчиков, датчик давления ткани, предложенный в этой статье, реагирует на широкий диапазон входных сил от 0,02 до 694 ньютонов.Кроме того, предложенный датчик давления ткани сохранил 81,3% исходного входного сигнала после пяти стандартных стирок, что свидетельствует о долговечности датчика давления.
Кроме того, значения чувствительности, оценивающие результаты напряжения и тока для вязания 1/1, 2/2 и 3/3 ребра, показали высокую чувствительность напряжения 83 и 36 мВ/Н к давлению 2/2 и 3/3 ребра.3 датчика утка показали 245% и 50% более высокую чувствительность для этих датчиков давления, соответственно, по сравнению с датчиком давления утка 1/1 24 мВ/Н.
Рис.3. Расширенное применение тканевого датчика давления.a Пример датчика давления стельки, изготовленного из ребристой ткани с утоком 2/2, вставленного под два круглых электрода для обнаружения движения передней части стопы (чуть ниже пальцев) и пятки.b Схематическое изображение каждой стадии отдельных шагов в процессе ходьбы: приземление на пятку, приземление, контакт с носком и подъем ноги.c Выходные сигналы напряжения в ответ на каждую часть шага походки для анализа походки и d Усиленные электрические сигналы, связанные с каждой фазой походки.e Схема датчика полного тканевого давления с массивом до 12 прямоугольных пиксельных ячеек с проводящими линиями, сформированными для обнаружения отдельных сигналов от каждого пикселя.f Трехмерная карта электрического сигнала, генерируемого нажатием пальца на каждый пиксель.g Электрический сигнал обнаруживается только в пикселе, на который нажали пальцем, а в других пикселях не генерируется побочный сигнал, что подтверждает отсутствие перекрестных помех.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H.R et al.(2022)
В заключение, это исследование демонстрирует высокочувствительный и пригодный для носки датчик давления ткани, включающий пьезоэлектрические нити из нановолокна PVDF.Выпускаемые датчики давления имеют широкий диапазон входных усилий от 0,02 до 694 ньютонов.
На одном прототипе электропрядильной машины использовалось 50 форсунок, а непрерывный мат из нановолокон изготавливался с помощью порционного конвейера на основе медных стержней.При прерывистом сжатии изготовленная ткань с уточной подшивкой 2/2 показала чувствительность 83 мВ/Н, что примерно на 245% выше, чем у ткани с уточной подгибкой 1/1.
Предлагаемые цельнотканые датчики давления отслеживают электрические сигналы, подвергая их физиологическим движениям, включая скручивание, сгибание, сдавливание, бег и ходьбу.Кроме того, эти тканевые манометры сравнимы с обычными тканями с точки зрения долговечности, сохраняя примерно 81,3% своего первоначального ресурса даже после 5 стандартных стирок.Кроме того, изготовленный тканевый датчик эффективен в системе здравоохранения за счет генерации электрических сигналов на основе непрерывных сегментов ходьбы человека.
Ким, Д.Б., Хан, Дж., Сунг, С.М., Ким, М.С., Чой, Б.К., Пак, С.Дж., Хонг, Х.Р. и др.(2022).Тканевый пьезоэлектрический датчик давления на основе электропрядных поливинилиденфторидных нановолокон с 50 насадками в зависимости от рисунка переплетения.Гибкая электроника npj.https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору в его личном качестве и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта.Этот отказ от ответственности является частью условий использования этого веб-сайта.
Бхавна Кавети — научный писатель из Хайдарабада, Индия.Она имеет степень магистра и доктора медицины Технологического института Веллора, Индия.по органической и медицинской химии Университета Гуанахуато, Мексика.Ее исследовательская работа связана с разработкой и синтезом биоактивных молекул на основе гетероциклов, и она имеет опыт многостадийного и многокомпонентного синтеза.Во время своего докторского исследования она работала над синтезом различных связанных и слитых пептидомиметических молекул на основе гетероциклов, которые, как ожидается, будут иметь потенциал для дальнейшей функционализации биологической активности.При написании диссертаций и исследовательских работ она исследовала свою страсть к научному письму и общению.
Полость, Баффнер.(11 августа 2022 г.).Полный датчик давления ткани, предназначенный для носимого мониторинга состояния здоровья.АЗонано.Получено 21 октября 2022 г. с https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Полость, Баффнер.«Датчик давления во всех тканях, разработанный для носимого мониторинга здоровья».АЗонано.21 октября 2022 г. .21 октября 2022 г. .
Полость, Баффнер.«Датчик давления во всех тканях, разработанный для носимого мониторинга здоровья».АЗонано.https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.(по состоянию на 21 октября 2022 г.).
Полость, Баффнер.2022. Тканевый датчик давления, предназначенный для носимого мониторинга состояния здоровья.AZoNano, по состоянию на 21 октября 2022 г., https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
В этом интервью AZoNano рассказывает профессору Андре Нелу об инновационном исследовании, в котором он участвует, в котором описывается разработка наноносителя «стеклянный пузырь», который может помочь лекарствам проникнуть в раковые клетки поджелудочной железы.
В этом интервью AZoNano беседует с Кинг Конгом Ли из Калифорнийского университета в Беркли о своей технологии оптического пинцета, получившей Нобелевскую премию.
В этом интервью мы поговорим со SkyWater Technology о состоянии полупроводниковой промышленности, о том, как нанотехнологии помогают формировать отрасль, и об их новом партнерстве.
Inoveno PE-550 — самая продаваемая электропрядильная/распылительная машина для непрерывного производства нановолокон.
Filmetrics R54 Усовершенствованный инструмент картирования листового сопротивления для полупроводниковых и композитных пластин.