אנו משתמשים בקובצי Cookie כדי לשפר את חוויית הגלישה שלך. על ידי המשך גלישה באתר זה, הנך מסכים לשימוש שלנו בקובצי Cookie. מידע נוסף.
חיישני לחץ לבישים יכולים לסייע בניטור בריאות האדם ולממש אינטראקציה בין אדם למחשב. מתקיימים מאמצים ליצור חיישני לחץ בעלי עיצוב אוניברסלי ורגישות גבוהה למאמץ מכני.
מחקר: מתמר לחץ פיזואלקטרי בטקסטיל תלוי דפוס אריגה המבוסס על ננו-סיבים פוליווינילידן פלואוריד אלקטרוספונים עם 50 חרירים. קרדיט תמונה: African Studio/Shutterstock.com
מאמר שפורסם בכתב העת npj Flexible Electronics מדווח על ייצור מתמרי לחץ פיזואלקטריים לבדים באמצעות חוטי עיוות מפוליאתילן טרפתאלט (PET) וחוטי ערב מפוליווינילידן פלואוריד (PVDF). ביצועי חיישן הלחץ שפותח ביחס למדידת לחץ המבוססת על דפוס האריגה מודגמים בקנה מידה של בד של כ-2 מטרים.
התוצאות מראות כי הרגישות של חיישן לחץ שעבר אופטימיזציה באמצעות עיצוב קנרד 2/2 גבוהה ב-245% מזו של עיצוב קנרד 1/1. בנוסף, נעשה שימוש בקלטים שונים כדי להעריך את ביצועי הבדים שעברו אופטימיזציה, כולל כיפוף, לחיצה, קמטים, פיתול ותנועות אנושיות שונות. בעבודה זו, חיישן לחץ מבוסס רקמות עם מערך פיקסלים של חיישנים מציג מאפייני תפיסה יציבים ורגישות גבוהה.
אורז. 1. הכנת חוטי PVDF ובדים רב-תכליתיים. א. תרשים של תהליך אלקטרוספינינג עם 50 חרירים המשמש לייצור מחצלות מיושרות של ננו-סיבי PVDF, כאשר מוטות נחושת מונחים במקביל על מסוע, והשלבים הם הכנת שלושה מבנים קלועים מסיבים חד-שכבתיים בני ארבע שכבות. ב. תמונת SEM ופיזור קוטר של סיבי PVDF מיושרים. ג. תמונת SEM של חוט בעל ארבע שכבות. ד. חוזק מתיחה ומאמץ בקריעה של חוט בעל ארבע שכבות כפונקציה של פיתול. ה. תבנית עקיפת קרני רנטגן של חוט בעל ארבע שכבות המציגה את נוכחותן של פאזות אלפא ובטא. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
הפיתוח המהיר של רובוטים חכמים ומכשירים אלקטרוניים לבישים הוליד מכשירים חדשים רבים המבוססים על חיישני לחץ גמישים, ויישומיהם באלקטרוניקה, בתעשייה וברפואה מתפתחים במהירות.
פיזואלקטריות היא מטען חשמלי הנוצר על חומר הנתון למאמץ מכני. פיזואלקטריות בחומרים אסימטריים מאפשרת קשר ליניארי הפיך בין מאמץ מכני למטען חשמלי. לכן, כאשר פיסת חומר פיזואלקטרי עוברת עיוות פיזיקלי, נוצר מטען חשמלי, ולהיפך.
התקנים פיזואלקטריים יכולים להשתמש במקור מכני חופשי כדי לספק מקור כוח חלופי לרכיבים אלקטרוניים הצורכים מעט חשמל. סוג החומר ומבנה המכשיר הם פרמטרים מרכזיים לייצור התקני מגע המבוססים על צימוד אלקטרומכני. בנוסף לחומרים אנאורגניים במתח גבוה, חומרים אורגניים גמישים מכנית נחקרו גם במכשירים לבישים.
פולימרים המעובדים לננו-סיבים באמצעות שיטות אלקטרוספין נמצאים בשימוש נרחב כאמצעי אחסון אנרגיה פיזואלקטריים. ננו-סיבים פולימריים פיזואלקטריים מאפשרים יצירת מבני עיצוב מבוססי בד עבור יישומים לבישים על ידי מתן יצירה אלקטרומכנית המבוססת על גמישות מכנית במגוון סביבות.
למטרה זו, פולימרים פיזואלקטריים נמצאים בשימוש נרחב, כולל PVDF ונגזרותיו, בעלי פיזואלקטריות חזקה. סיבי PVDF אלה נמשכים וטווים לבדים עבור יישומים פיזואלקטריים, כולל חיישנים וגנרטורים.
איור 2. רקמות בעלות שטח גדול ותכונותיהן הפיזיקליות. תצלום של תבנית צלעות ערב גדולה בגודל 2/2 עד 195 ס"מ x 50 ס"מ. ב תמונת SEM של תבנית ערב בגודל 2/2 המורכבת מבד ערב אחד מ-PVDF משולב בשני בסיסי PET. ג מודול ועיוות בשבירה בבדים שונים עם קצוות ערב בגודל 1/1, 2/2 ו-3/3. d היא זווית התלייה הנמדדת עבור הבד. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
בעבודה הנוכחית, מחוללי בדים המבוססים על סיבי ננו-סיבי PVDF בנויים באמצעות תהליך אלקטרוספינינג רציף של 50 סילונים, שבו השימוש ב-50 חרירים מאפשר ייצור מחצלות ננו-סיביות באמצעות מסוע מסתובב. מבני אריגה שונים נוצרים באמצעות חוט PET, כולל צלעות ערב 1/1 (חלק), 2/2 ו-3/3.
עבודות קודמות דיווחו על שימוש בנחושת ליישור סיבים בצורה של חוטי נחושת מיושרים על תופי איסוף סיבים. עם זאת, העבודה הנוכחית מורכבת ממוטות נחושת מקבילים הממוקמים במרחק של 1.5 ס"מ זה מזה על מסוע כדי לסייע ביישור הספינרים בהתבסס על אינטראקציות אלקטרוסטטיות בין סיבים טעונים נכנסים לבין מטענים על פני הסיבים המחוברים לסיב הנחושת.
בניגוד לחיישנים קיבוליים או פיאזורסיסטיים שתוארו קודם לכן, חיישן לחץ הרקמות המוצע במאמר זה מגיב למגוון רחב של כוחות קלט מ-0.02 עד 694 ניוטון. בנוסף, חיישן לחץ הבד המוצע שמר על 81.3% מהקלט המקורי שלו לאחר חמש כביסות סטנדרטיות, דבר המצביע על עמידותו של חיישן הלחץ.
בנוסף, ערכי רגישות שהעריכו את תוצאות המתח והזרם עבור סריגת צלעות בקו 1/1, 2/2 ו-3/3 הראו רגישות מתח גבוהה של 83 ו-36 mV/N ללחץ צלעות בקו 2/2 ו-3/3. 3 חיישני ערב הדגימו רגישות גבוהה יותר של 245% ו-50% עבור חיישני לחץ אלה, בהתאמה, בהשוואה לחיישן לחץ הערב בקו 1/1 של 24 mV/N.
רייס. 3. יישום מורחב של חיישן לחץ מבד מלא. א. דוגמה לחיישן לחץ מדרסים העשוי מבד מצולע 2/2 בשילוב מוכנס מתחת לשתי אלקטרודות עגולות כדי לזהות את קדמת כף הרגל (ממש מתחת לאצבעות) ואת תנועת העקב. ב. ייצוג סכמטי של כל שלב בצעדים השונים בתהליך ההליכה: נחיתת עקב, קרקוע, מגע עם האצבע והרמת רגל. ג. אותות פלט מתח בתגובה לכל חלק מצעד ההליכה לניתוח הליכה ו-ד. אותות חשמליים מוגברים הקשורים לכל שלב של ההליכה. ה. סכמטי של חיישן לחץ רקמה מלא עם מערך של עד 12 תאי פיקסל מלבניים עם קווים מוליכים בדוגמאות כדי לזהות אותות בודדים מכל פיקסל. ו. מפה תלת-ממדית של האות החשמלי שנוצר על ידי לחיצה עם אצבע על כל פיקסל. ז. אות חשמלי מזוהה רק בפיקסל הנלחץ באצבע, ולא נוצר אות צדדי בפיקסלים אחרים, מה שמאשר שאין מעבר בין-שיחות. © קים, ד.ב., האן, ג'., סונג, ס.מ., קים, מ.ס., צ'וי, ב.ק., פארק, ס.ג'., הונג, ה. ר. ואחרים (2022)
לסיכום, מחקר זה מדגים חיישן לחץ רקמות רגיש ביותר ולביש המשלב סיבים פיזואלקטריים ננו-סיבים עשויים PVDF. לחיישני לחץ מיוצרים יש מגוון רחב של כוחות קלט מ-0.02 עד 694 ניוטון.
חמישים חרירים שימשו במכונת טוויה חשמלית אב טיפוסית אחת, ומשטח רציף של ננו-סיבים יוצר באמצעות מסוע אצווה המבוסס על מוטות נחושת. תחת דחיסה לסירוגין, בד השוליים באורך 2/2 של השוליים המיוצר הראה רגישות של 83 mV/N, שהיא גבוהה בכ-245% מבד השוליים באורך 1/1.
חיישני הלחץ הארוגים המוצעים עוקבים אחר אותות חשמליים על ידי חשיפתם לתנועות פיזיולוגיות, כולל פיתול, כיפוף, סחיטה, ריצה והליכה. בנוסף, מדי לחץ בד אלה דומים לבדים קונבנציונליים מבחינת עמידות, ושומרים על כ-81.3% מהתפוקה המקורית שלהם גם לאחר 5 כביסות סטנדרטיות. בנוסף, חיישן הרקמה המיוצר יעיל במערכת הבריאות על ידי יצירת אותות חשמליים המבוססים על מקטעים רציפים של הליכת אדם.
קים, ד.ב., האן, ג'., סונג, ס.מ., קים, מ.ס., צ'וי, ב.ק., פארק, ס.ג'., הונג, הר., ואחרים (2022). חיישן לחץ פיאזואלקטרי מבד המבוסס על ננו-סיבי פוליווינילידן פלואוריד אלקטרוספונים עם 50 חרירים, בהתאם לדפוס האריגה. אלקטרוניקה גמישה npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
הצהרת אחריות: הדעות המובעות כאן הן של המחבר בתפקידו האישי ואינן משקפות בהכרח את דעותיה של AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, הבעלים והמפעיל של אתר זה. הצהרת אחריות זו היא חלק מתנאי השימוש של אתר זה.
בהאבנה קווטי היא כתבת מדעית מהיידראבאד, הודו. היא בעלת תואר שני ותואר דוקטור ממכון הטכנולוגי ולור, הודו, בכימיה אורגנית ורפואית מאוניברסיטת גואנחואטו, מקסיקו. עבודת המחקר שלה קשורה לפיתוח וסינתזה של מולקולות ביו-אקטיביות המבוססות על הטרוציקלים, ויש לה ניסיון בסינתזה רב-שלבית ורב-רכיבית. במהלך מחקר הדוקטורט שלה, היא עבדה על הסינתזה של מולקולות פפטידומימטיות קשורות ומאוחות שונות המבוססות על הטרוציקלים, אשר צפויות להיות בעלות פוטנציאל לתפקוד נוסף של פעילות ביולוגית. תוך כדי כתיבת עבודות גמר ומחקר, היא חקרה את התשוקה שלה לכתיבה ותקשורת מדעית.
Cavity, Buffner. (11 באוגוסט, 2022). חיישן לחץ בד מלא שנועד לניטור בריאות לביש. AZonano. אוחזר ב-21 באוקטובר, 2022 מאתר https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. "חיישן לחץ כלל-רקמתי המיועד לניטור בריאות לביש". AZonano.21 באוקטובר, 2022.21 באוקטובר, 2022.
Cavity, Buffner. "חיישן לחץ כלל-רקמתי המיועד לניטור בריאות לביש". AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (נכון ל-21 באוקטובר 2022).
Cavity, Buffner. 2022. חיישן לחץ עשוי כולו מבד, המיועד לניטור בריאות לביש. AZoNano, גישה ב-21 באוקטובר 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
בראיון זה, AZoNano משוחח עם פרופסור אנדרה נל על מחקר חדשני שהוא מעורב בו, המתאר את פיתוחו של ננו-נשא מסוג "בועת זכוכית" שיכול לסייע לתרופות להיכנס לתאי סרטן הלבלב.
בראיון זה, AZoNano משוחח עם קינג קונג לי מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי על הטכנולוגיה זוכת פרס נובל שלו, פינצטה אופטית.
בראיון זה, אנו משוחחים עם SkyWater Technology על מצב תעשיית המוליכים למחצה, כיצד ננוטכנולוגיה מסייעת לעצב את התעשייה, ועל השותפות החדשה שלהם.
Inoveno PE-550 היא מכונת הספינינג/ריסוס האלקטרו הנמכרת ביותר לייצור רציף של ננו-סיבים.
כלי מיפוי מתקדם של התנגדות יריעות Filmetrics R54 עבור ופלים מוליכים למחצה ופלים מרוכבים.