Vi använder cookies för att förbättra din upplevelse.Genom att fortsätta att surfa på denna sida godkänner du vår användning av cookies.Ytterligare information.
Bärbara trycksensorer kan hjälpa till att övervaka människors hälsa och realisera interaktion mellan människa och dator.Arbete pågår för att skapa trycksensorer med en universell enhetsdesign och hög känslighet för mekanisk påfrestning.
Studie: Vävmönsterberoende textil piezoelektrisk tryckgivare baserad på elektrospunna polyvinylidenfluorid nanofibrer med 50 munstycken.Bildkredit: African Studio/Shutterstock.com
En artikel publicerad i tidskriften npj Flexible Electronics rapporterar om tillverkningen av piezoelektriska tryckgivare för tyger som använder polyetylentereftalat (PET) varpgarn och polyvinylidenfluorid (PVDF) inslagsgarn.Den utvecklade trycksensorns prestanda i förhållande till tryckmätning baserad på vävmönstret demonstreras på en tygskala på cirka 2 meter.
Resultaten visar att känsligheten för en trycksensor optimerad med 2/2-canard-designen är 245 % högre än 1/1-canard-designen.Dessutom användes olika indata för att utvärdera prestandan hos de optimerade tygerna, inklusive böjning, klämning, skrynkling, vridning och olika mänskliga rörelser.I detta arbete uppvisar en vävnadsbaserad trycksensor med en sensorpixeluppsättning stabila perceptuella egenskaper och hög känslighet.
Ris.1. Förberedelse av PVDF-trådar och multifunktionella tyger.ett diagram över en elektrospinningsprocess med 50 munstycken som används för att tillverka inriktade mattor av PVDF-nanofibrer, där kopparstavar placeras parallellt på ett transportband, och stegen är att förbereda tre flätade strukturer från fyrskiktiga monofilamentfilament.b SEM-bild och diameterfördelning av inriktade PVDF-fibrer.c SEM-bild av ett fyrskiktsgarn.d Draghållfasthet och töjning vid brott av ett fyrtrådigt garn som en funktion av snodd.e Röntgendiffraktionsmönster av ett fyrskiktsgarn som visar närvaron av alfa- och betafaser.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al.(2022)
Den snabba utvecklingen av intelligenta robotar och bärbara elektroniska enheter har gett upphov till många nya enheter baserade på flexibla trycksensorer, och deras tillämpningar inom elektronik, industri och medicin utvecklas snabbt.
Piezoelektricitet är en elektrisk laddning som genereras på ett material som utsätts för mekanisk påfrestning.Piezoelektricitet i asymmetriska material möjliggör ett linjärt reversibelt förhållande mellan mekanisk spänning och elektrisk laddning.Därför, när en bit piezoelektriskt material deformeras fysiskt, skapas en elektrisk laddning, och vice versa.
Piezoelektriska enheter kan använda en gratis mekanisk källa för att tillhandahålla en alternativ strömkälla för elektroniska komponenter som förbrukar lite ström.Typen av material och struktur för enheten är nyckelparametrar för produktion av beröringsenheter baserade på elektromekanisk koppling.Förutom oorganiska högspänningsmaterial har mekaniskt flexibla organiska material även utforskats i bärbara enheter.
Polymerer som bearbetas till nanofibrer genom elektrospinningsmetoder används i stor utsträckning som piezoelektriska energilagringsenheter.Piezoelektriska polymernanofibrer underlättar skapandet av tygbaserade designstrukturer för bärbara applikationer genom att tillhandahålla elektromekanisk generering baserad på mekanisk elasticitet i en mängd olika miljöer.
För detta ändamål används piezoelektriska polymerer i stor utsträckning, inklusive PVDF och dess derivat, som har stark piezoelektricitet.Dessa PVDF-fibrer dras och snurras till tyger för piezoelektriska applikationer inklusive sensorer och generatorer.
Figur 2. Stora vävnader och deras fysikaliska egenskaper.Fotografi av ett stort 2/2 väftribbmönster upp till 195 cm x 50 cm.b SEM-bild av ett 2/2-väftmönster bestående av en PVDF-väft interfolierad med två PET-baser.c Modulus och belastning vid brott i olika tyger med 1/1, 2/2 och 3/3 inslagskanter.d är hängvinkeln uppmätt för tyget.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al.(2022)
I föreliggande arbete konstrueras tyggeneratorer baserade på PVDF nanofiberfilament med en sekventiell 50-jets elektrospinningsprocess, där användningen av 50 munstycken underlättar produktionen av nanofibermattor med ett roterande bandtransportband.Olika vävstrukturer skapas med PET-garn, inklusive 1/1 (vanlig), 2/2 och 3/3 inslagsribbor.
Tidigare arbeten har rapporterat användning av koppar för fiberuppriktning i form av uppriktade koppartrådar på fiberuppsamlingstrummor.Emellertid består det nuvarande arbetet av parallella kopparstavar med ett avstånd på 1,5 cm från varandra på ett transportband för att hjälpa till att rikta in spinndysorna baserat på elektrostatiska interaktioner mellan inkommande laddade fibrer och laddningar på ytan av fibrerna fästa vid kopparfibern.
Till skillnad från tidigare beskrivna kapacitiva eller piezoresistiva sensorer, reagerar vävnadstrycksensorn som föreslås i denna artikel på ett brett spektrum av ingångskrafter från 0,02 till 694 Newton.Dessutom behöll den föreslagna tygtrycksensorn 81,3 % av sin ursprungliga inmatning efter fem standardtvättar, vilket indikerar trycksensorns hållbarhet.
Dessutom visade känslighetsvärden som utvärderade spännings- och strömresultat för 1/1, 2/2 och 3/3 ribbstickning en högspänningskänslighet på 83 och 36 mV/N till 2/2 och 3/3 ribbtryck.3 väftsensorer visade 245 % respektive 50 % högre känslighet för dessa trycksensorer, jämfört med 24 mV/N väfttrycksensorn 1/1.
Ris.3. Utökad applicering av trycksensor i hel tyg.ett exempel på en innersula trycksensor gjord av 2/2 inslagsribbad tyg insatt under två cirkulära elektroder för att upptäcka framfoten (strax under tårna) och hälrörelser.b Schematisk representation av varje steg i de individuella stegen i gångprocessen: hällandning, jordning, tåkontakt och benlyft.c Spänningsutgångssignaler som svar på varje del av gångsteget för gånganalys och d Förstärkta elektriska signaler associerade med varje fas av gången.e Schematisk bild av en fullvävnadstrycksensor med en uppsättning av upp till 12 rektangulära pixelceller med ledande linjer mönstrade för att detektera individuella signaler från varje pixel.f En 3D-karta över den elektriska signalen som genereras genom att trycka ett finger på varje pixel.g En elektrisk signal detekteras endast i den fingertryckta pixeln, och ingen sidosignal genereras i andra pixlar, vilket bekräftar att det inte finns någon överhörning.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al.(2022)
Sammanfattningsvis visar denna studie en mycket känslig och bärbar vävnadstrycksensor som innehåller PVDF nanofiber piezoelektriska filament.Tillverkade trycksensorer har ett brett utbud av ingående krafter från 0,02 till 694 Newton.
Femtio munstycken användes på en prototyp av elektrisk spinnmaskin, och en kontinuerlig matta av nanofibrer producerades med hjälp av en satstransportör baserad på kopparstavar.Under intermittent kompression visade det tillverkade 2/2 väftfålltyget en känslighet på 83 mV/N, vilket är cirka 245 % högre än 1/1 väftfålltyget.
De föreslagna helvävda trycksensorerna övervakar elektriska signaler genom att utsätta dem för fysiologiska rörelser, inklusive vridning, böjning, klämning, löpning och gång.Dessutom är dessa tygtrycksmätare jämförbara med konventionella tyger när det gäller hållbarhet, och behåller cirka 81,3 % av sitt ursprungliga utbyte även efter 5 standardtvättar.Dessutom är den tillverkade vävnadssensorn effektiv i sjukvården genom att generera elektriska signaler baserade på kontinuerliga segment av en persons gång.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al.(2022).Tyg piezoelektrisk trycksensor baserad på elektrospunna polyvinylidenfluorid nanofibrer med 50 munstycken, beroende på vävmönster.Flexibel elektronik npj.https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Friskrivningsklausul: De åsikter som uttrycks här är de av författaren i hans personliga egenskap och återspeglar inte nödvändigtvis åsikterna från AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, ägaren och operatören av denna webbplats.Denna ansvarsfriskrivning är en del av användarvillkoren för denna webbplats.
Bhavna Kaveti är en vetenskapsskribent från Hyderabad, Indien.Hon har MSc och MD från Vellore Institute of Technology, Indien.i organisk och medicinsk kemi från University of Guanajuato, Mexiko.Hennes forskningsarbete är relaterat till utveckling och syntes av bioaktiva molekyler baserade på heterocykler, och hon har erfarenhet av flerstegs- och multikomponentsyntes.Under sin doktorandforskning arbetade hon med syntesen av olika heterocykelbaserade bundna och fusionerade peptidomimetiska molekyler som förväntas ha potential att ytterligare funktionalisera biologisk aktivitet.När hon skrev avhandlingar och forskningsartiklar utforskade hon sin passion för vetenskapligt skrivande och kommunikation.
Cavity, Buffner.(11 augusti 2022).Heltryckssensor i tyg designad för bärbar hälsoövervakning.AZonano.Hämtad 21 oktober 2022 från https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner."En heltäckande trycksensor designad för bärbar hälsoövervakning".AZonano.21 oktober 2022.21 oktober 2022.
Cavity, Buffner."En heltäckande trycksensor designad för bärbar hälsoövervakning".AZonano.https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.(Från och med 21 oktober 2022).
Cavity, Buffner.2022. Heltäckande trycksensor designad för bärbar hälsoövervakning.AZoNano, tillgänglig 21 oktober 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
I den här intervjun pratar AZoNano med professor André Nel om en innovativ studie som han är involverad i som beskriver utvecklingen av en "glasbubbla" nanobärare som kan hjälpa läkemedel att komma in i cancerceller i bukspottkörteln.
I den här intervjun pratar AZoNano med UC Berkeleys King Kong Lee om hans Nobelprisvinnande teknologi, optisk pincett.
I den här intervjun pratar vi med SkyWater Technology om tillståndet för halvledarindustrin, hur nanoteknik hjälper till att forma branschen och deras nya partnerskap.
Inoveno PE-550 är den bästsäljande elektrospinnings-/sprutmaskinen för kontinuerlig nanofiberproduktion.
Filmetrics R54 Avancerat verktyg för kartläggning av arkresistans för halvledar- och kompositwafers.