Usamos cookies para mellorar a túa experiencia. Ao continuar navegando por este sitio, aceptas o noso uso de cookies. Información adicional.
Os sensores de presión portátiles poden axudar a monitorizar a saúde humana e a realizar a interacción home-computadora. Estanse a realizar esforzos para crear sensores de presión cun deseño de dispositivo universal e alta sensibilidade á tensión mecánica.
Estudo: Transdutor de presión piezoeléctrico téxtil dependente do patrón de tecido baseado en nanofibras de fluoruro de polivinilideno electrofiadas con 50 boquillas. Crédito da imaxe: African Studio/Shutterstock.com
Un artigo publicado na revista npj Flexible Electronics informa sobre a fabricación de transdutores de presión piezoeléctricos para tecidos utilizando fíos de urdime de tereftalato de polietileno (PET) e fíos de trama de fluoruro de polivinilideno (PVDF). O rendemento do sensor de presión desenvolvido en relación coa medición da presión baseada no patrón de tecido demóstrase nunha escala de tecido de aproximadamente 2 metros.
Os resultados amosan que a sensibilidade dun sensor de presión optimizado mediante o deseño canard 2/2 é un 245 % maior que a do deseño canard 1/1. Ademais, empregáronse varias entradas para avaliar o rendemento dos tecidos optimizados, incluíndo a flexión, a compresión, as engurras, a torsión e varios movementos humanos. Neste traballo, un sensor de presión baseado en tecidos cunha matriz de píxeles do sensor presenta características perceptivas estables e alta sensibilidade.
Rice. 1. Preparación de fíos de PVDF e tecidos multifuncionais. a Diagrama dun proceso de electrofiado de 50 boquillas empregado para producir esteras aliñadas de nanofibras de PVDF, onde as varillas de cobre se colocan en paralelo nunha cinta transportadora, e os pasos son preparar tres estruturas trenzadas a partir de filamentos de monofilamento de catro capas. b Imaxe SEM e distribución de diámetros de fibras de PVDF aliñadas. c Imaxe SEM dun fío de catro capas. d Resistencia á tracción e deformación na rotura dun fío de catro capas en función da torsión. e Patrón de difracción de raios X dun fío de catro capas que mostra a presenza de fases alfa e beta. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
O rápido desenvolvemento de robots intelixentes e dispositivos electrónicos portátiles deu lugar a moitos dispositivos novos baseados en sensores de presión flexibles, e as súas aplicacións na electrónica, a industria e a medicina están a desenvolverse rapidamente.
A piezoelectricidade é unha carga eléctrica xerada nun material sometido a tensión mecánica. A piezoelectricidade en materiais asimétricos permite unha relación lineal reversible entre a tensión mecánica e a carga eléctrica. Polo tanto, cando unha peza de material piezoeléctrico se deforma fisicamente, créase unha carga eléctrica e viceversa.
Os dispositivos piezoeléctricos poden empregar unha fonte mecánica libre para proporcionar unha fonte de alimentación alternativa para compoñentes electrónicos que consomen pouca enerxía. O tipo de material e a estrutura do dispositivo son parámetros clave para a produción de dispositivos táctiles baseados no acoplamento electromecánico. Ademais dos materiais inorgánicos de alta tensión, tamén se exploraron materiais orgánicos mecanicamente flexibles en dispositivos portátiles.
Os polímeros procesados ​​en nanofibras mediante métodos de electrofiación úsanse amplamente como dispositivos de almacenamento de enerxía piezoeléctrica. As nanofibras de polímeros piezoeléctricos facilitan a creación de estruturas de deseño baseadas en tecidos para aplicacións portátiles ao proporcionar xeración electromecánica baseada na elasticidade mecánica nunha variedade de ambientes.
Para este propósito, utilízanse amplamente polímeros piezoeléctricos, incluídos o PVDF e os seus derivados, que teñen unha forte piezoelectricidade. Estas fibras de PVDF estíranse e fianse en tecidos para aplicacións piezoeléctricas, como sensores e xeradores.
Figura 2. Tecidos de gran área e as súas propiedades físicas. Fotografía dun patrón de nervaduras de trama 2/2 de gran tamaño de ata 195 cm x 50 cm. b Imaxe SEM dun patrón de trama 2/2 que consiste nunha trama de PVDF intercalada con dúas bases de PET. c Módulo e deformación na rotura en varios tecidos con bordos de trama de 1/1, 2/2 e 3/3. d é o ángulo de suspensión medido para o tecido. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
No presente traballo, constrúense xeradores de tecidos baseados en filamentos de nanofibra de PVDF mediante un proceso de electrofiado secuencial de 50 chorros, onde o uso de 50 boquillas facilita a produción de tapetes de nanofibra mediante unha cinta transportadora rotatoria. Créanse varias estruturas de tecido utilizando fío de PET, incluíndo nervaduras de trama 1/1 (lisas), 2/2 e 3/3.
Traballos anteriores xa informaron do uso de cobre para o aliñamento de fibras en forma de fíos de cobre aliñados en tambores de recollida de fibras. Non obstante, o traballo actual consiste en varillas de cobre paralelas separadas por 1,5 cm nunha cinta transportadora para axudar a aliñar as fieiras baseándose en interaccións electrostáticas entre as fibras cargadas entrantes e as cargas na superficie das fibras unidas á fibra de cobre.
A diferenza dos sensores capacitivos ou piezorresistivos descritos anteriormente, o sensor de presión tisular proposto neste artigo responde a unha ampla gama de forzas de entrada de 0,02 a 694 newtons. Ademais, o sensor de presión tecido proposto conservou o 81,3 % da súa entrada orixinal despois de cinco lavados estándar, o que indica a durabilidade do sensor de presión.
Ademais, os valores de sensibilidade que avaliaron os resultados de tensión e corrente para o tricô de costelas 1/1, 2/2 e 3/3 mostraron unha alta sensibilidade á tensión de 83 e 36 mV/N á presión das costelas 2/2 e 3/3. 3 sensores de trama demostraron unha sensibilidade un 245 % e un 50 % maior para estes sensores de presión, respectivamente, en comparación co sensor de presión de trama 1/1 de 24 mV/N.
Rice. 3. Aplicación ampliada dun sensor de presión de tecido completo. a Exemplo dun sensor de presión de plantilla feito de tecido acanalado de 2/2 trama inserido baixo dous eléctrodos circulares para detectar o movemento do antepé (xusto debaixo dos dedos) e do talón. b Representación esquemática de cada etapa dos pasos individuais no proceso de camiñar: aterraxe do talón, contacto co chan, contacto cos dedos e elevación da perna. c Sinais de saída de tensión en resposta a cada parte do paso da marcha para a análise da marcha e d Sinais eléctricos amplificados asociados a cada fase da marcha. e Esquema dun sensor de presión de tecido completo cunha matriz de ata 12 celas de píxeles rectangulares con liñas condutoras trazadas para detectar sinais individuais de cada píxel. f Un mapa 3D do sinal eléctrico xerado ao premer un dedo sobre cada píxel. g Só se detecta un sinal eléctrico no píxel premido co dedo e non se xera ningún sinal lateral noutros píxeles, o que confirma que non hai diafonía. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
En conclusión, este estudo demostra un sensor de presión tisular altamente sensible e portátil que incorpora filamentos piezoeléctricos de nanofibra de PVDF. Os sensores de presión fabricados teñen unha ampla gama de forzas de entrada de 0,02 a 694 Newtons.
Empregáronse cincuenta boquillas nun prototipo de máquina de fiar eléctrica e produciuse unha alfombra continua de nanofibras mediante un transportador por lotes baseado en varillas de cobre. Baixo compresión intermitente, o tecido de dobladillo de trama 2/2 fabricado mostrou unha sensibilidade de 83 mV/N, aproximadamente un 245 % maior que o tecido de dobladillo de trama 1/1.
Os sensores de presión totalmente tecidos propostos monitorizan os sinais eléctricos someténdoos a movementos fisiolóxicos, como torsión, flexión, compresión, carreira e deambulación. Ademais, estes manómetros de tecido son comparables aos tecidos convencionais en termos de durabilidade, mantendo aproximadamente o 81,3 % do seu rendemento orixinal mesmo despois de 5 lavados estándar. Ademais, o sensor de tecido fabricado é eficaz no sistema sanitario ao xerar sinais eléctricos baseados en segmentos continuos da camiñada dunha persoa.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al. (2022). Sensor de presión piezoeléctrico de tecido baseado en nanofibras de fluoruro de polivinilideno electrofiadas con 50 boquillas, dependendo do patrón de tecido. Electrónica flexible npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Aviso legal: As opinións expresadas aquí son as do autor a título persoal e non reflicten necesariamente as opinións de AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, o propietario e operador deste sitio web. Este aviso legal forma parte das condicións de uso deste sitio web.
Bhavna Kaveti é unha escritora científica de Hyderabad, India. É mestrada e doutora en química orgánica polo Instituto Tecnolóxico de Vellore, India, e doutora en química orgánica e medicinal pola Universidade de Guanajuato, México. O seu traballo de investigación está relacionado co desenvolvemento e a síntese de moléculas bioactivas baseadas en heterociclos, e ten experiencia en síntese de varios pasos e varios compoñentes. Durante a súa investigación doutoral, traballou na síntese de varias moléculas peptidomiméticas unidas e fusionadas baseadas en heterociclos que se espera que teñan o potencial de funcionalizar aínda máis a actividade biolóxica. Mentres escribía disertacións e artigos de investigación, explorou a súa paixón pola escritura e a comunicación científicas.
Cavity, Buffner. (11 de agosto de 2022). Sensor de presión de tecido completo deseñado para a monitorización da saúde por medio de dispositivos portátiles. AZonano. Recuperado o 21 de outubro de 2022 de https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. «Un sensor de presión integral para tecidos deseñado para a monitorización da saúde portábel». AZonano.21 de outubro de 2022.21 de outubro de 2022.
Cavity, Buffner. “Un sensor de presión integral para tecidos deseñado para a monitorización da saúde portábel”. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (A 21 de outubro de 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Sensor de presión totalmente de tecido deseñado para a monitorización da saúde portábel. AZoNano, consultado o 21 de outubro de 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Nesta entrevista, AZoNano fala co profesor André Nel sobre un estudo innovador no que participa e que describe o desenvolvemento dun nanotransporte de "burbulla de vidro" que pode axudar aos fármacos a entrar nas células de cancro de páncreas.
Nesta entrevista, AZoNano fala con King Kong Lee, da UC Berkeley, sobre a súa tecnoloxía gañadora do Premio Nobel: as pinzas ópticas.
Nesta entrevista, falamos con SkyWater Technology sobre o estado da industria dos semicondutores, como a nanotecnoloxía está a axudar a darlle forma e a súa nova colaboración.
A Inoveno PE-550 é a máquina de electrofiado/pulverización máis vendida para a produción continua de nanofibras.
Filmetrics R54 Ferramenta avanzada de mapeo da resistencia de láminas para obleas de semicondutores e materiais compostos.