ما از کوکی‌ها برای بهبود تجربه شما استفاده می‌کنیم. با ادامه مرور این سایت، شما با استفاده ما از کوکی‌ها موافقت می‌کنید. اطلاعات تکمیلی
حسگرهای فشار پوشیدنی می‌توانند به نظارت بر سلامت انسان و تحقق تعامل انسان و کامپیوتر کمک کنند. تلاش‌هایی برای ایجاد حسگرهای فشار با طراحی دستگاه جهانی و حساسیت بالا به فشار مکانیکی در حال انجام است.
مطالعه: مبدل فشار پیزوالکتریک پارچه‌ای وابسته به الگوی بافت بر اساس نانوفیبرهای الکتروریسی شده پلی وینیلیدین فلوراید با ۵۰ نازل. منبع تصویر: African Studio/Shutterstock.com
مقاله‌ای که در مجله npj Flexible Electronics منتشر شده است، در مورد ساخت مبدل‌های فشار پیزوالکتریک برای پارچه‌ها با استفاده از نخ‌های تار پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) و نخ‌های پود پلی‌وینیلیدین فلوراید (PVDF) گزارش می‌دهد. عملکرد حسگر فشار توسعه‌یافته در رابطه با اندازه‌گیری فشار بر اساس الگوی بافت، در مقیاس تقریبی ۲ متر پارچه نشان داده شده است.
نتایج نشان می‌دهد که حساسیت حسگر فشار بهینه‌شده با استفاده از طراحی کانارد ۲/۲، ۲۴۵٪ بیشتر از طراحی کانارد ۱/۱ است. علاوه بر این، از ورودی‌های مختلفی برای ارزیابی عملکرد پارچه‌های بهینه‌شده، از جمله خم شدن، فشردن، چروک شدن، پیچاندن و حرکات مختلف انسان استفاده شد. در این کار، یک حسگر فشار مبتنی بر بافت با آرایه پیکسل حسگر، ویژگی‌های ادراکی پایدار و حساسیت بالایی را نشان می‌دهد.
برنج. 1. تهیه نخ‌های PVDF و پارچه‌های چند منظوره. الف) نمودار یک فرآیند الکتروریسی 50 نازله که برای تولید حصیرهای تراز شده از نانوالیاف PVDF استفاده می‌شود، که در آن میله‌های مسی به صورت موازی روی یک تسمه نقاله قرار می‌گیرند و مراحل آن تهیه سه ساختار بافته شده از رشته‌های تک رشته‌ای چهار لایه است. ب) تصویر SEM و توزیع قطر الیاف PVDF تراز شده. ج) تصویر SEM از یک نخ چهار لایه. د) استحکام کششی و کرنش در نقطه پارگی یک نخ چهار لایه به عنوان تابعی از تاب. ه) الگوی پراش اشعه ایکس از یک نخ چهار لایه که وجود فازهای آلفا و بتا را نشان می‌دهد. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R و همکاران (2022)
توسعه سریع ربات‌های هوشمند و دستگاه‌های الکترونیکی پوشیدنی باعث ظهور بسیاری از دستگاه‌های جدید مبتنی بر حسگرهای فشار انعطاف‌پذیر شده است و کاربردهای آنها در الکترونیک، صنعت و پزشکی به سرعت در حال توسعه است.
پیزوالکتریسیته یک بار الکتریکی است که بر روی ماده‌ای که تحت فشار مکانیکی قرار دارد، تولید می‌شود. پیزوالکتریسیته در مواد نامتقارن، امکان ایجاد یک رابطه خطی برگشت‌پذیر بین فشار مکانیکی و بار الکتریکی را فراهم می‌کند. بنابراین، هنگامی که یک قطعه از ماده پیزوالکتریک از نظر فیزیکی تغییر شکل می‌دهد، یک بار الکتریکی ایجاد می‌شود و برعکس.
دستگاه‌های پیزوالکتریک می‌توانند از یک منبع مکانیکی رایگان برای تأمین منبع تغذیه جایگزین برای اجزای الکترونیکی که توان کمی مصرف می‌کنند، استفاده کنند. نوع ماده و ساختار دستگاه، پارامترهای کلیدی برای تولید دستگاه‌های لمسی مبتنی بر کوپلینگ الکترومکانیکی هستند. علاوه بر مواد معدنی با ولتاژ بالا، مواد آلی انعطاف‌پذیر مکانیکی نیز در دستگاه‌های پوشیدنی مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
پلیمرهایی که با روش‌های الکتروریسی به نانوالیاف تبدیل می‌شوند، به طور گسترده به عنوان دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی پیزوالکتریک مورد استفاده قرار می‌گیرند. نانوالیاف پلیمری پیزوالکتریک با ارائه تولید الکترومکانیکی مبتنی بر الاستیسیته مکانیکی در محیط‌های مختلف، ایجاد ساختارهای طراحی مبتنی بر پارچه را برای کاربردهای پوشیدنی تسهیل می‌کنند.
برای این منظور، پلیمرهای پیزوالکتریک به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله PVDF و مشتقات آن که دارای پیزوالکتریک قوی هستند. این الیاف PVDF کشیده شده و به پارچه‌هایی برای کاربردهای پیزوالکتریک از جمله حسگرها و ژنراتورها تبدیل می‌شوند.
شکل ۲. بافت‌های با مساحت بزرگ و خواص فیزیکی آنها. عکسی از یک الگوی پود با عرض ۲/۲ تا ابعاد ۱۹۵ سانتی‌متر در ۵۰ سانتی‌متر. ب. تصویر SEM از یک الگوی پود با عرض ۲/۲ که شامل یک پود PVDF در میان دو پایه PET است. ج. مدول و کرنش در نقطه پارگی در پارچه‌های مختلف با لبه‌های پود ۱/۱، ۲/۲ و ۳/۳. د. زاویه آویز اندازه‌گیری شده برای پارچه است. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R و همکاران (۲۰۲۲)
در کار حاضر، مولدهای پارچه بر پایه رشته‌های نانوالیاف PVDF با استفاده از یک فرآیند الکتروریسی متوالی ۵۰ جتی ساخته می‌شوند، که در آن استفاده از ۵۰ نازل، تولید حصیرهای نانوالیاف را با استفاده از یک تسمه نقاله چرخان تسهیل می‌کند. ساختارهای بافت متنوعی با استفاده از نخ PET، از جمله دنده‌های پودی ۱/۱ (ساده)، ۲/۲ و ۳/۳ ایجاد می‌شود.
در کارهای قبلی، استفاده از مس برای ترازبندی فیبر به شکل سیم‌های مسی تراز شده روی درام‌های جمع‌آوری فیبر گزارش شده است. با این حال، کار فعلی شامل میله‌های مسی موازی است که با فاصله ۱.۵ سانتی‌متر روی یک تسمه نقاله قرار گرفته‌اند تا به ترازبندی اسپینرت‌ها بر اساس برهمکنش‌های الکترواستاتیکی بین فیبرهای باردار ورودی و بارهای روی سطح فیبرهای متصل به فیبر مسی کمک کنند.
برخلاف حسگرهای خازنی یا پیزومقاومتی که قبلاً شرح داده شده‌اند، حسگر فشار بافت پیشنهادی در این مقاله به طیف وسیعی از نیروهای ورودی از 0.02 تا 694 نیوتن پاسخ می‌دهد. علاوه بر این، حسگر فشار پارچه پیشنهادی پس از پنج بار شستشوی استاندارد، 81.3٪ از ورودی اولیه خود را حفظ کرد که نشان دهنده دوام حسگر فشار است.
علاوه بر این، مقادیر حساسیت ارزیابی نتایج ولتاژ و جریان برای بافت‌های ۱/۱، ۲/۲ و ۳/۳ دنده، حساسیت ولتاژ بالایی معادل ۸۳ و ۳۶ میلی‌ولت بر نیوتن را به فشار دنده‌های ۲/۲ و ۳/۳ دنده نشان دادند. حسگرهای پود ۳ به ترتیب ۲۴۵٪ و ۵۰٪ حساسیت بیشتری را برای این حسگرهای فشار در مقایسه با حسگر فشار پود ۲۴ میلی‌ولت بر نیوتن ۱/۱ نشان دادند.
برنج. ۳. کاربرد گسترده حسگر فشار تمام پارچه. الف) نمونه‌ای از یک حسگر فشار کفی ساخته شده از پارچه آجدار پود ۲/۲ که در زیر دو الکترود دایره‌ای قرار داده شده است تا حرکت جلوی پا (درست زیر انگشتان پا) و پاشنه را تشخیص دهد. ب) نمایش شماتیک هر مرحله از مراحل جداگانه در فرآیند راه رفتن: فرود پاشنه، زمین خوردن، تماس انگشتان پا و بلند کردن پا. ج) سیگنال‌های خروجی ولتاژ در پاسخ به هر بخش از مرحله راه رفتن برای تجزیه و تحلیل راه رفتن و د) سیگنال‌های الکتریکی تقویت شده مرتبط با هر مرحله از راه رفتن. ه) شماتیک یک حسگر فشار تمام بافت با آرایه‌ای از حداکثر ۱۲ سلول پیکسلی مستطیلی با خطوط رسانا که برای تشخیص سیگنال‌های جداگانه از هر پیکسل الگوبرداری شده‌اند. و) نقشه سه‌بعدی از سیگنال الکتریکی تولید شده با فشار دادن انگشت روی هر پیکسل. ز) یک سیگنال الکتریکی فقط در پیکسل فشرده شده با انگشت تشخیص داده می‌شود و هیچ سیگنال جانبی در پیکسل‌های دیگر تولید نمی‌شود که تأیید می‌کند هیچ تداخلی وجود ندارد. © کیم، دی‌بی، هان، جی.، سونگ، اس. ام.، کیم، ام. اس.، چوی، بی. کی.، پارک، اس. جی.، هونگ، اچ. آر و همکاران (۲۰۲۲)
در نتیجه، این مطالعه یک حسگر فشار بافتی بسیار حساس و پوشیدنی را نشان می‌دهد که شامل رشته‌های پیزوالکتریک نانوفیبر PVDF است. حسگرهای فشار تولید شده طیف وسیعی از نیروهای ورودی از 0.02 تا 694 نیوتن را دارند.
پنجاه نازل در یک نمونه اولیه دستگاه ریسندگی الکتریکی استفاده شد و یک لایه پیوسته از نانوالیاف با استفاده از یک نوار نقاله دسته‌ای بر پایه میله‌های مسی تولید شد. تحت فشار متناوب، پارچه تولید شده با لبه پود ۲/۲ حساسیت ۸۳ میلی‌ولت بر نیوتن را نشان داد که حدود ۲۴۵٪ بیشتر از پارچه با لبه پود ۱/۱ است.
حسگرهای فشار تمام‌باف پیشنهادی، سیگنال‌های الکتریکی را با قرار دادن آنها در معرض حرکات فیزیولوژیکی، از جمله پیچاندن، خم شدن، فشردن، دویدن و راه رفتن، رصد می‌کنند. علاوه بر این، این فشارسنج‌های پارچه‌ای از نظر دوام با پارچه‌های معمولی قابل مقایسه هستند و تقریباً 81.3٪ از بازده اولیه خود را حتی پس از 5 بار شستشوی استاندارد حفظ می‌کنند. علاوه بر این، حسگر بافت تولید شده با تولید سیگنال‌های الکتریکی بر اساس بخش‌های پیوسته راه رفتن فرد، در سیستم مراقبت‌های بهداشتی مؤثر است.
کیم، دی‌بی، هان، جی.، سونگ، اس‌ام، کیم، ام‌اس، چوی، بی کی، پارک، اس‌جی، هونگ، اچ‌آر، و همکاران. (2022). حسگر فشار پیزوالکتریک پارچه‌ای مبتنی بر نانوالیاف الکتروریسی شده پلی‌وینیلیدین فلوراید با 50 نازل، بسته به الگوی بافت. الکترونیک انعطاف‌پذیر npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
سلب مسئولیت: دیدگاه‌های بیان شده در اینجا، دیدگاه‌های شخصی نویسنده است و لزوماً منعکس کننده دیدگاه‌های AZoM.com Limited T/A AZoNetwork، مالک و گرداننده این وب‌سایت، نیست. این سلب مسئولیت بخشی از شرایط استفاده از این وب‌سایت است.
باونا کاوتی نویسنده علمی اهل حیدرآباد هند است. او دارای مدرک کارشناسی ارشد و دکترای پزشکی از موسسه فناوری ولور هند در رشته شیمی آلی و دارویی از دانشگاه گواناخواتو، مکزیک است. کار تحقیقاتی او مربوط به توسعه و سنتز مولکول‌های زیست‌فعال مبتنی بر هتروسیکل‌ها است و در سنتز چند مرحله‌ای و چند جزئی تجربه دارد. در طول تحقیقات دکترای خود، او بر روی سنتز مولکول‌های پپتیدومیمتیک متصل و ذوب‌شده مختلف مبتنی بر هتروسیکل کار کرد که انتظار می‌رود پتانسیل عملکردی‌سازی بیشتر فعالیت‌های بیولوژیکی را داشته باشند. او هنگام نوشتن پایان‌نامه‌ها و مقالات تحقیقاتی، اشتیاق خود را برای نوشتن و ارتباطات علمی کشف کرد.
کاویتی، بافنر. (۱۱ آگوست ۲۰۲۲). حسگر فشار تمام پارچه‌ای طراحی شده برای پایش سلامت پوشیدنی. AZonano. بازیابی شده در ۲۱ اکتبر ۲۰۲۲ از https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
کاویتی، بافنر. «یک حسگر فشار تمام بافتی طراحی شده برای پایش سلامت پوشیدنی». آزونانو.۲۱ اکتبر ۲۰۲۲ .۲۱ اکتبر ۲۰۲۲ .
کاویتی، بافنر. «یک حسگر فشار تمام بافتی که برای پایش سلامت پوشیدنی طراحی شده است». AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (تا تاریخ ۲۱ اکتبر ۲۰۲۲).
کاویتی، بافنر. ۲۰۲۲. حسگر فشار تمام پارچه‌ای طراحی شده برای پایش سلامت پوشیدنی. AZoNano، دسترسی در ۲۱ اکتبر ۲۰۲۲، https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
در این مصاحبه، AZoNano با پروفسور آندره نل در مورد یک مطالعه نوآورانه که او در آن مشارکت دارد صحبت می‌کند. این مطالعه، توسعه یک نانوحامل «حباب شیشه‌ای» را توصیف می‌کند که می‌تواند به داروها کمک کند تا وارد سلول‌های سرطانی پانکراس شوند.
در این مصاحبه، AZoNano با کینگ کونگ لی از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، درباره فناوری برنده جایزه نوبل او، یعنی انبرک‌های نوری، صحبت می‌کند.
در این مصاحبه، ما با شرکت فناوری اسکای‌واتر (SkyWater Technology) در مورد وضعیت صنعت نیمه‌هادی‌ها، چگونگی کمک فناوری نانو به شکل‌دهی این صنعت و همکاری جدید آنها صحبت می‌کنیم.
Inoveno PE-550 پرفروش‌ترین دستگاه الکتروریسی/اسپری برای تولید مداوم نانوالیاف است.
ابزار پیشرفته‌ی نقشه‌برداری مقاومت صفحه‌ای Filmmetrics R54 برای ویفرهای نیمه‌هادی و کامپوزیتی.