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웨어러블 압력 센서는 인간의 건강을 모니터링하고 인간 컴퓨터 상호 작용을 실현하는 데 도움이 될 수 있습니다. 범용 장치 설계와 기계적 응력에 대한 높은 감도를 갖춘 압력 센서를 만들기위한 노력이 진행 중입니다.
연구 : 50 노즐을 갖는 전기 방사 폴리 비닐 리덴 불소 나노 섬유에 기초한 직조 패턴 의존 섬유 압전 압력 변환기. 이미지 크레디트 : 아프리카 스튜디오/셔터 스톡
NPJ Flexible Electronics 저널에 발표 된 기사는 폴리에틸렌 테레프탈 레이트 (PET)와 타일을 사용한 직물에 대한 압전 전압 변환기의 제조에 관한 보고서와 폴리 비닐 리덴 플루오 라이드 (PVDF) 씨실 얀을보고한다. 직조 패턴에 기초한 압력 측정과 관련하여 개발 된 압력 센서의 성능은 약 2 미터의 천 척도에서 입증됩니다.
결과는 2/2 Canard 설계를 사용하여 최적화 된 압력 센서의 감도가 1/1 Canard 설계보다 245% 높음을 보여줍니다. 또한, 굴곡, 압착, 주름, 비틀림 및 다양한 인간 운동을 포함한 최적화 된 직물의 성능을 평가하기 위해 다양한 입력을 사용했습니다. 이 작업에서 센서 픽셀 어레이를 갖는 조직 기반 압력 센서는 안정적인 지각 특성과 높은 감도를 나타냅니다.
쌀. 1. PVDF 스레드 및 다기능 직물의 준비. 구리 막대가 컨베이어 벨트에 평행하게 배치되는 PVDF 나노 섬유의 정렬 된 MAT를 생성하는 데 사용되는 50- 노즐 전기 방사 공정의 다이어그램 및 4 층 모노 필라멘트 필라멘트로부터 3 개의 브레이드 구조를 준비하는 것입니다. B SEM 이미지 및 정렬 된 PVDF 섬유의 직경 분포. 4 폴리 원사의 C SEM 이미지. D 비틀기의 함수로서 4 폴리 원사의 파손시 인장 강도 및 변형. 알파 및 베타 단계의 존재를 나타내는 4 폴리 원사의 E X- 선 회절 패턴. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
지능형 로봇과 웨어러블 전자 장치의 빠른 개발로 인해 유연한 압력 센서를 기반으로 많은 새로운 장치가 발생했으며 전자 제품, 산업 및 의학의 응용이 빠르게 발전하고 있습니다.
압전은 기계적 스트레스를받는 재료에 생성 된 전하입니다. 비대칭 재료의 압전성은 기계적 응력과 전하 사이의 선형 가역적 관계를 허용합니다. 따라서, 압전 재료 조각이 물리적으로 변형되면, 전하가 생성되고 그 반대도 마찬가지입니다.
압전 장치는 무료 기계식 소스를 사용하여 전력이 거의없는 전자 부품에 대한 대체 전원을 제공 할 수 있습니다. 장치의 재료 유형 및 장치의 구조는 전자 기계 커플 링을 기반으로 터치 장치의 생산을위한 핵심 매개 변수입니다. 고전압 무기 재료 외에도 웨어러블 장치에서 기계적으로 유연한 유기 물질이 탐색되었습니다.
전기 방사 방법에 의해 나노 섬유로 가공 된 폴리머는 압전 에너지 저장 장치로서 널리 사용된다. 압전 중합체 나노 섬유는 다양한 환경에서 기계적 탄성에 기초하여 전자 기계적 생성을 제공함으로써 웨어러블 응용 분야를위한 직물 기반 설계 구조의 생성을 촉진한다.
이를 위해, PVDF 및 강한 압전성을 갖는 PVDF 및 그 유도체를 포함하여 압전 중합체가 널리 사용된다. 이 PVDF 섬유는 센서 및 발전기를 포함한 압전 응용 분야를 위해 직물로 끌어 당겨졌습니다.
그림 2. 큰 면적 조직과 물리적 특성. 최대 195 cm x 50 cm의 큰 2/2 씨실 리브 패턴 사진. B 2 개의 애완 동물 염기와 인터리브 된 하나의 PVDF Weft로 구성된 2/2 씨파 패턴의 B SEM 이미지. 1/1, 2/2 및 3/3 와프트 가장자리가있는 다양한 직물에서 C 모듈러스 및 변형. D는 직물에 대해 측정 된 매달린 각도입니다. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
본 연구에서, PVDF 나노 섬유 필라멘트를 기반으로하는 직물 생성기는 순차적 50 제트 전기 방사 공정을 사용하여 구성되며, 여기서 50 개의 노즐을 사용하면 회전 벨트 컨베이어 벨트를 사용하여 나노 섬유 매트의 생산을 용이하게한다. 1/1 (일반), 2/2 및 3/3 씨실 리브를 포함한 애완 동물 원사를 사용하여 다양한 직조 구조가 생성됩니다.
이전 연구는 섬유 수집 드럼에 정렬 된 구리 와이어의 형태로 섬유 정렬에 구리의 사용을보고했습니다. 그러나, 현재의 작업은 컨베이어 벨트에서 1.5cm 떨어진 평행 구리로드로 구성되어 들어오는 하전 섬유와 구리 섬유에 부착 된 섬유 표면의 전하 사이의 정전기 상호 작용에 기초하여 스피너 렛을 정렬 할 수 있도록 도와줍니다.
이전에 설명 된 용량 성 또는 압전성 센서와 달리,이 논문에서 제안 된 조직 압력 센서는 0.02 내지 694 Newtons의 광범위한 입력력에 반응합니다. 또한, 제안 된 직물 압력 센서는 5 개의 표준 세척 후 원래 입력의 81.3%를 유지하여 압력 센서의 내구성을 나타냅니다.
또한, 1/1, 2/2 및 3/3 리브 뜨개질에 대한 전압 및 전류 결과를 평가하는 감도 값은 83 및 36 mV/N ~ 2/2 및 3/3 리브 압력의 고전압 감도를 나타냈다. 3 개의 Weft 센서는 24 mV/n Weft 압력 센서 1/1과 비교하여 이들 압력 센서에 대해 각각 245% 및 50% 더 높은 감도를 보여 주었다.
쌀. 3. 풀 클로스 압력 센서의 확장 된 적용. 두 개의 원형 전극 아래에 삽입 된 2/2 씨파 리브 베드 직물로 만든 깔창 압력 센서의 예 (발가락 바로 아래) 및 발 뒤꿈치 움직임을 감지합니다. b 보행 과정에서 개별 단계의 각 단계의 개략도 : 발 뒤꿈치 착륙, 접지, 발가락 접촉 및 다리 리프트. C 전압 출력 신호 보행 분석을위한 보행 단계의 각 부분에 대한 응답 및 보행의 각 단계와 관련된 D 증폭 된 전기 신호. E 각 픽셀로부터 개별 신호를 검출하기 위해 전도성 라인이 패턴 화 된 최대 12 개의 직사각형 픽셀 셀의 배열을 갖는 전체 조직 압력 센서의 개략도. f 각 픽셀에 손가락을 눌러 생성 된 전기 신호의 3D 맵. g 전기 신호는 손가락 압축 픽셀에서만 감지되며 다른 픽셀에서는 측면 신호가 생성되지 않아 크로스 토크가 없음을 확인합니다. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
결론적으로,이 연구는 PVDF 나노 섬유 압전 필라멘트를 포함하는 매우 민감하고 웨어러블 조직 압력 센서를 보여줍니다. 제조 된 압력 센서는 0.02에서 694 뉴턴의 광범위한 입력력을 가지고 있습니다.
하나의 프로토 타입 전기 회전 기계에 50 개의 노즐이 사용되었고, 구리 막대를 기반으로 한 배치 컨베이어를 사용하여 나노 섬유의 연속 매트를 생산 하였다. 간헐적 압축 하에서, 제조 된 2/2 Weft Hem 직물은 83 mV/N의 감도를 나타내 었으며, 이는 1/1 Weft 헴 직물보다 약 245% 더 높다.
제안 된 모든 직물 압력 센서는 전기 신호를 비틀림, 굽힘, 압박, 달리기 및 걷기를 포함한 생리적 움직임에 노출시켜 전기 신호를 모니터링합니다. 또한, 이들 직물 압력 게이지는 내구성 측면에서 기존 직물과 비슷하며, 5 개의 표준 세척 후에도 원래 수율의 약 81.3%를 유지합니다. 또한, 제조 된 조직 센서는 사람의 걷기의 연속 세그먼트를 기반으로 전기 신호를 생성함으로써 의료 시스템에서 효과적입니다.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR 등. (2022). 직조 패턴에 따라 50 개의 노즐을 갖는 전기 방사 폴리 비닐 리덴 불소 나노 섬유에 기초한 직물 압전 압력 센서. 유연한 전자 장치 NPJ. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
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Bhavna Kaveti는 인도 하이데라바드 출신의 과학 작가입니다. 그녀는 인도의 Vellore Institute of Technology에서 MSC와 MD를 보유하고 있습니다. 멕시코 구아나 주토 대학교에서 유기농 및 의약 화학. 그녀의 연구 작업은 헤테로 사이클을 기반으로 한 생물 활성 분자의 발달 및 합성과 관련이 있으며, 그녀는 다중 단계 및 다중 성분 합성에 대한 경험이 있습니다. 박사 과정에서, 그녀는 생물학적 활동을 추가로 기능화 할 수있는 잠재력을 가질 것으로 예상되는 다양한 헤테로 사이클 기반 결합 및 융합 펩티 도미 틱 분자의 합성 작업을 수행했습니다. 논문과 연구 논문을 쓰는 동안 그녀는 과학적 작문과 의사 소통에 대한 열정을 탐구했습니다.
캐비티, 버너. (2022 년 8 월 11 일). 웨어러블 건강 모니터링을 위해 설계된 풀 패브릭 압력 센서. 아 조노. 2022 년 10 월 21 일 https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544에서 검색했습니다.
캐비티, 버너. “웨어러블 건강 모니터링을 위해 설계된 모든 조직 압력 센서”. 아 조노.2022 년 10 월 21 일.2022 년 10 월 21 일.
캐비티, 버너. “웨어러블 건강 모니터링을 위해 설계된 모든 조직 압력 센서”. 아 조노. https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544. (2022 년 10 월 21 일 현재).
캐비티, 버너. 2022. 웨어러블 건강 모니터링을 위해 설계된 모든 클로스 압력 센서. Azonano는 2022 년 10 월 21 일, https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544에 액세스했습니다.
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