Fem servir cookies per millorar la teva experiència. Si continues navegant per aquest lloc, acceptes el nostre ús de cookies. Informació addicional.
Els sensors de pressió portàtils poden ajudar a controlar la salut humana i a aconseguir la interacció persona-ordinador. S'estan fent esforços per crear sensors de pressió amb un disseny de dispositiu universal i una alta sensibilitat a l'estrès mecànic.
Estudi: Transductor de pressió piezoelèctric tèxtil dependent del patró de teixit basat en nanofibres de fluorur de polivinilidè electrofilades amb 50 broquets. Crèdit de la imatge: African Studio/Shutterstock.com
Un article publicat a la revista npj Flexible Electronics informa sobre la fabricació de transductors de pressió piezoelèctrics per a teixits utilitzant fils d'ordit de tereftalat de polietilè (PET) i fils de trama de fluorur de polivinilidè (PVDF). El rendiment del sensor de pressió desenvolupat en relació amb el mesurament de la pressió basat en el patró de teixit es demostra en una escala de tela d'aproximadament 2 metres.
Els resultats mostren que la sensibilitat d'un sensor de pressió optimitzat mitjançant el disseny canard 2/2 és un 245% més alta que la del disseny canard 1/1. A més, es van utilitzar diverses entrades per avaluar el rendiment dels teixits optimitzats, incloent-hi la flexió, la compressió, les arrugues, la torsió i diversos moviments humans. En aquest treball, un sensor de pressió basat en teixits amb una matriu de píxels del sensor presenta característiques perceptives estables i una alta sensibilitat.
Rice. 1. Preparació de fils de PVDF i teixits multifuncionals. a Diagrama d'un procés d'electrofilatura de 50 boquilles utilitzat per produir estores alineades de nanofibres de PVDF, on les barres de coure es col·loquen en paral·lel sobre una cinta transportadora, i els passos són preparar tres estructures trenades a partir de filaments de monofilament de quatre capes. b Imatge SEM i distribució del diàmetre de les fibres de PVDF alineades. c Imatge SEM d'un fil de quatre capes. d Resistència a la tracció i deformació a la ruptura d'un fil de quatre capes en funció de la torsió. e Patró de difracció de raigs X d'un fil de quatre capes que mostra la presència de fases alfa i beta. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
El ràpid desenvolupament de robots intel·ligents i dispositius electrònics portàtils ha donat lloc a molts dispositius nous basats en sensors de pressió flexibles, i les seves aplicacions en electrònica, indústria i medicina s'estan desenvolupant ràpidament.
La piezoelectricitat és una càrrega elèctrica generada en un material sotmès a estrès mecànic. La piezoelectricitat en materials asimètrics permet una relació lineal reversible entre l'estrès mecànic i la càrrega elèctrica. Per tant, quan una peça de material piezoelèctric es deforma físicament, es crea una càrrega elèctrica i viceversa.
Els dispositius piezoelèctrics poden utilitzar una font mecànica gratuïta per proporcionar una font d'alimentació alternativa per a components electrònics que consumeixen poca energia. El tipus de material i l'estructura del dispositiu són paràmetres clau per a la producció de dispositius tàctils basats en l'acoblament electromecànic. A més dels materials inorgànics d'alt voltatge, també s'han explorat materials orgànics mecànicament flexibles en dispositius portables.
Els polímers processats en nanofibres mitjançant mètodes d'electrofilatura s'utilitzen àmpliament com a dispositius d'emmagatzematge d'energia piezoelèctrica. Les nanofibres de polímer piezoelèctriques faciliten la creació d'estructures de disseny basades en teixits per a aplicacions portables proporcionant una generació electromecànica basada en l'elasticitat mecànica en una varietat d'entorns.
Per a aquest propòsit, s'utilitzen àmpliament polímers piezoelèctrics, incloent-hi el PVDF i els seus derivats, que tenen una forta piezoelectricitat. Aquestes fibres de PVDF s'estiren i es filen en teixits per a aplicacions piezoelèctriques, com ara sensors i generadors.
Figura 2. Teixits de gran àrea i les seves propietats físiques. Fotografia d'un patró de nervadura de trama 2/2 de grans dimensions de fins a 195 cm x 50 cm. b Imatge SEM d'un patró de trama 2/2 que consisteix en una trama de PVDF intercalada amb dues bases de PET. c Mòdul i deformació a la ruptura en diversos teixits amb vores de trama d'1/1, 2/2 i 3/3. d és l'angle de penjament mesurat per al teixit. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
En el present treball, es construeixen generadors de teixit basats en filaments de nanofibra de PVDF mitjançant un procés d'electrofilatura seqüencial de 50 raigs, on l'ús de 50 boquilles facilita la producció de mantes de nanofibra mitjançant una cinta transportadora giratòria. Es creen diverses estructures de teixit utilitzant fil de PET, incloent-hi nervadures de trama 1/1 (llis), 2/2 i 3/3.
Treballs anteriors han informat de l'ús de coure per a l'alineació de fibres en forma de cables de coure alineats en tambors de recollida de fibres. Tanmateix, el treball actual consisteix en barres de coure paral·leles espaiades 1,5 cm en una cinta transportadora per ajudar a alinear les fileres basant-se en interaccions electrostàtiques entre les fibres carregades entrants i les càrregues a la superfície de les fibres unides a la fibra de coure.
A diferència dels sensors capacitius o piezoresistius descrits anteriorment, el sensor de pressió tissular proposat en aquest article respon a una àmplia gamma de forces d'entrada de 0,02 a 694 Newtons. A més, el sensor de pressió tissular proposat va retenir el 81,3% de la seva entrada original després de cinc rentats estàndard, cosa que indica la durabilitat del sensor de pressió.
A més, els valors de sensibilitat que avaluaven els resultats de voltatge i corrent per al teixit de costelles 1/1, 2/2 i 3/3 van mostrar una alta sensibilitat al voltatge de 83 i 36 mV/N a la pressió de les costelles 2/2 i 3/3. 3 sensors de trama van demostrar una sensibilitat un 245% i un 50% més alta per a aquests sensors de pressió, respectivament, en comparació amb el sensor de pressió de trama 1/1 de 24 mV/N.
Rice. 3. Aplicació ampliada del sensor de pressió de tela sencera. a Exemple d'un sensor de pressió de plantilla fet de tela acanalada de 2/2 trama inserit sota dos elèctrodes circulars per detectar el moviment de l'avantpeu (just a sota dels dits) i del taló. b Representació esquemàtica de cada etapa dels passos individuals del procés de caminar: aterratge del taló, contacte amb el terra, contacte amb els dits i elevació de la cama. c Senyals de sortida de voltatge en resposta a cada part del pas de la marxa per a l'anàlisi de la marxa i d Senyals elèctrics amplificats associats a cada fase de la marxa. e Esquema d'un sensor de pressió de teixit complet amb una matriu de fins a 12 cel·les de píxels rectangulars amb línies conductores estampades per detectar senyals individuals de cada píxel. f Un mapa 3D del senyal elèctric generat prement un dit sobre cada píxel. g Només es detecta un senyal elèctric al píxel premut amb el dit i no es genera cap senyal lateral en altres píxels, cosa que confirma que no hi ha diafonia. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
En conclusió, aquest estudi demostra un sensor de pressió tissular altament sensible i portable que incorpora filaments piezoelèctrics de nanofibra de PVDF. Els sensors de pressió fabricats tenen una àmplia gamma de forces d'entrada, de 0,02 a 694 Newtons.
Es van utilitzar cinquanta broquets en un prototip de màquina de filar elèctrica, i es va produir una estora contínua de nanofibres mitjançant un transportador per lots basat en barres de coure. Sota compressió intermitent, el teixit de vora de trama 2/2 fabricat va mostrar una sensibilitat de 83 mV/N, que és aproximadament un 245% més alta que el teixit de vora de trama 1/1.
Els sensors de pressió totalment teixits proposats controlen els senyals elèctrics sotmetent-los a moviments fisiològics, com ara torçar, doblegar, apretar, córrer i caminar. A més, aquests manòmetres de pressió de teixit són comparables als teixits convencionals pel que fa a la durabilitat, mantenint aproximadament el 81,3% del seu rendiment original fins i tot després de 5 rentats estàndard. A més, el sensor de teixit fabricat és eficaç en el sistema sanitari generant senyals elèctrics basats en segments continus de la caminada d'una persona.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al. (2022). Sensor de pressió piezoelèctric de teixit basat en nanofibres de fluorur de polivinilidè electrofilades amb 50 broquets, depenent del patró de teixit. Electrònica flexible npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Avís legal: Les opinions expressades aquí són les de l'autor a títol personal i no reflecteixen necessàriament les opinions d'AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, el propietari i operador d'aquest lloc web. Aquest avís legal forma part de les condicions d'ús d'aquest lloc web.
Bhavna Kaveti és una escriptora científica d'Hyderabad, Índia. Té un màster i un doctorat en química orgànica per l'Institut Tecnològic de Vellore, Índia, i un màster en química orgànica i medicinal per la Universitat de Guanajuato, Mèxic. El seu treball de recerca està relacionat amb el desenvolupament i la síntesi de molècules bioactives basades en heterocicles, i té experiència en la síntesi de diversos passos i components. Durant la seva recerca doctoral, va treballar en la síntesi de diverses molècules peptidomimètiques unides i fusionades basades en heterocicles que s'espera que tinguin el potencial de funcionalitzar encara més l'activitat biològica. Mentre escrivia dissertacions i articles de recerca, va explorar la seva passió per l'escriptura i la comunicació científica.
Cavity, Buffner. (11 d'agost de 2022). Sensor de pressió de teixit complet dissenyat per a la monitorització de la salut portàtil. AZonano. Recuperat el 21 d'octubre de 2022 de https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. «Un sensor de pressió integral per a teixits dissenyat per a la monitorització de la salut portàtil». AZonano.21 d'octubre de 2022.21 d'octubre de 2022.
Cavity, Buffner. «Un sensor de pressió integral per a teixits dissenyat per a la monitorització de la salut portàtil». AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (A 21 d'octubre de 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Sensor de pressió totalment de tela dissenyat per a la monitorització de la salut portàtil. AZoNano, consultat el 21 d'octubre de 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
En aquesta entrevista, AZoNano parla amb el professor André Nel sobre un estudi innovador en què participa que descriu el desenvolupament d'un nanotransportador de "bombolla de vidre" que pot ajudar els fàrmacs a entrar a les cèl·lules canceroses del pàncrees.
En aquesta entrevista, AZoNano parla amb King Kong Lee de la UC Berkeley sobre la seva tecnologia guanyadora del Premi Nobel, les pinces òptiques.
En aquesta entrevista, parlem amb SkyWater Technology sobre l'estat de la indústria dels semiconductors, com la nanotecnologia està ajudant a donar forma a la indústria i la seva nova col·laboració.
L'Inoveno PE-550 és la màquina d'electrofilatura/polvorització més venuda per a la producció contínua de nanofibres.
Filmetrics R54 Eina avançada de mapatge de resistència de làmines per a oblies de semiconductors i compostos.