Kami menggunakan cookie untuk meningkatkan pengalaman Anda. Dengan terus menelusuri situs ini, Anda setuju dengan penggunaan cookie oleh kami. Informasi Tambahan.
Sensor tekanan yang dapat dikenakan dapat membantu memantau kesehatan manusia dan mewujudkan interaksi manusia-komputer. Berbagai upaya terus dilakukan untuk menciptakan sensor tekanan dengan desain perangkat universal dan sensitivitas tinggi terhadap tekanan mekanis.
Studi: Transduser tekanan piezoelektrik tekstil yang bergantung pada pola tenun berdasarkan serat nano polivinilidena fluorida elektrospun dengan 50 nosel. Kredit Gambar: African Studio/Shutterstock.com
Sebuah artikel yang diterbitkan dalam jurnal npj Flexible Electronics melaporkan tentang fabrikasi transduser tekanan piezoelektrik untuk kain menggunakan benang lungsin polietilena tereftalat (PET) dan benang pakan polivinilidena fluorida (PVDF). Kinerja sensor tekanan yang dikembangkan dalam kaitannya dengan pengukuran tekanan berdasarkan pola tenunan ditunjukkan pada skala kain sekitar 2 meter.
Hasilnya menunjukkan bahwa sensitivitas sensor tekanan yang dioptimalkan menggunakan desain canard 2/2 adalah 245% lebih tinggi daripada desain canard 1/1. Selain itu, berbagai masukan digunakan untuk mengevaluasi kinerja kain yang dioptimalkan, termasuk fleksi, tekanan, kerutan, puntiran, dan berbagai gerakan manusia. Dalam penelitian ini, sensor tekanan berbasis jaringan dengan susunan piksel sensor menunjukkan karakteristik persepsi yang stabil dan sensitivitas yang tinggi.
Beras. 1. Persiapan benang PVDF dan kain multifungsi. a Diagram proses elektrospinning 50-nosel yang digunakan untuk menghasilkan tikar sejajar dari serat nano PVDF, di mana batang tembaga ditempatkan secara paralel pada sabuk konveyor, dan langkah-langkahnya adalah menyiapkan tiga struktur jalinan dari filamen monofilamen empat lapis. b Gambar SEM dan distribusi diameter serat PVDF yang sejajar. c Gambar SEM benang empat lapis. d Kekuatan tarik dan regangan saat putus benang empat lapis sebagai fungsi puntiran. e Pola difraksi sinar-X benang empat lapis yang menunjukkan keberadaan fase alfa dan beta. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Perkembangan pesat robot cerdas dan perangkat elektronik yang dapat dikenakan telah memunculkan banyak perangkat baru berdasarkan sensor tekanan fleksibel, dan aplikasinya dalam elektronik, industri, dan kedokteran berkembang pesat.
Piezoelektrik adalah muatan listrik yang dihasilkan pada material yang mengalami tekanan mekanis. Piezoelektrik pada material asimetris memungkinkan hubungan reversibel linear antara tekanan mekanis dan muatan listrik. Oleh karena itu, ketika sepotong material piezoelektrik mengalami deformasi fisik, muatan listrik akan terbentuk, dan sebaliknya.
Perangkat piezoelektrik dapat menggunakan sumber mekanis bebas untuk menyediakan sumber daya alternatif bagi komponen elektronik yang mengonsumsi sedikit daya. Jenis material dan struktur perangkat merupakan parameter utama untuk produksi perangkat sentuh berdasarkan kopling elektromekanis. Selain material anorganik bertegangan tinggi, material organik yang fleksibel secara mekanis juga telah dieksplorasi dalam perangkat yang dapat dikenakan.
Polimer yang diproses menjadi nanofiber dengan metode electrospinning digunakan secara luas sebagai perangkat penyimpanan energi piezoelektrik. Nanofiber polimer piezoelektrik memfasilitasi pembuatan struktur desain berbasis kain untuk aplikasi yang dapat dikenakan dengan menyediakan pembangkitan elektromekanis berdasarkan elastisitas mekanis dalam berbagai lingkungan.
Untuk tujuan ini, polimer piezoelektrik banyak digunakan, termasuk PVDF dan turunannya, yang memiliki piezoelektrik yang kuat. Serat PVDF ini ditarik dan dipintal menjadi kain untuk aplikasi piezoelektrik termasuk sensor dan generator.
Gambar 2. Jaringan area luas dan sifat fisiknya. Foto pola tulang rusuk pakan 2/2 besar hingga 195 cm x 50 cm. b Gambar SEM pola tulang rusuk pakan 2/2 yang terdiri dari satu tulang rusuk pakan PVDF yang disisipkan dengan dua alas PET. c Modulus dan regangan putus pada berbagai kain dengan tepi pakan 1/1, 2/2, dan 3/3. d adalah sudut gantung yang diukur untuk kain. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Dalam penelitian ini, generator kain berdasarkan filamen nanofiber PVDF dibuat menggunakan proses elektrospinning 50 jet berurutan, di mana penggunaan 50 nosel memfasilitasi produksi tikar nanofiber menggunakan sabuk konveyor berputar. Berbagai struktur tenun dibuat menggunakan benang PET, termasuk rusuk pakan 1/1 (polos), 2/2, dan 3/3.
Pekerjaan sebelumnya telah melaporkan penggunaan tembaga untuk penyelarasan serat dalam bentuk kabel tembaga yang disejajarkan pada drum pengumpul serat. Namun, pekerjaan saat ini terdiri dari batang tembaga paralel yang diberi jarak 1,5 cm pada sabuk konveyor untuk membantu menyelaraskan pemintal berdasarkan interaksi elektrostatik antara serat bermuatan yang masuk dan muatan pada permukaan serat yang menempel pada serat tembaga.
Tidak seperti sensor kapasitif atau piezoresistif yang dijelaskan sebelumnya, sensor tekanan jaringan yang diusulkan dalam makalah ini merespons berbagai gaya masukan dari 0,02 hingga 694 Newton. Selain itu, sensor tekanan kain yang diusulkan mempertahankan 81,3% dari masukan aslinya setelah lima kali pencucian standar, yang menunjukkan ketahanan sensor tekanan tersebut.
Selain itu, nilai sensitivitas yang mengevaluasi hasil tegangan dan arus untuk rajutan rusuk 1/1, 2/2, dan 3/3 menunjukkan sensitivitas tegangan tinggi sebesar 83 dan 36 mV/N terhadap tekanan rusuk 2/2 dan 3/3. 3 sensor pakan menunjukkan sensitivitas 245% dan 50% lebih tinggi untuk sensor tekanan ini, masing-masing, dibandingkan dengan sensor tekanan pakan 24 mV/N 1/1.
Beras. 3. Aplikasi yang diperluas dari sensor tekanan kain penuh. a Contoh sensor tekanan sol dalam yang terbuat dari kain bergaris pakan 2/2 yang disisipkan di bawah dua elektroda melingkar untuk mendeteksi kaki depan (tepat di bawah jari kaki) dan gerakan tumit. b Representasi skematis dari setiap tahap dari langkah-langkah individu dalam proses berjalan: pendaratan tumit, landasan, kontak jari kaki dan angkat kaki. c Sinyal keluaran tegangan dalam respons terhadap setiap bagian dari langkah gaya berjalan untuk analisis gaya berjalan dan d Sinyal listrik yang diperkuat terkait dengan setiap fase gaya berjalan. e Skema sensor tekanan jaringan penuh dengan susunan hingga 12 sel piksel persegi panjang dengan garis konduktif yang dipolakan untuk mendeteksi sinyal individual dari setiap piksel. f Peta 3D dari sinyal listrik yang dihasilkan dengan menekan jari pada setiap piksel. g Sinyal listrik hanya terdeteksi pada piksel yang ditekan jari, dan tidak ada sinyal samping yang dihasilkan pada piksel lain, yang mengonfirmasi bahwa tidak ada crosstalk. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R dkk. (2022)
Sebagai kesimpulan, penelitian ini menunjukkan sensor tekanan jaringan yang sangat sensitif dan dapat dikenakan yang menggabungkan filamen piezoelektrik nanofiber PVDF. Sensor tekanan yang diproduksi memiliki rentang gaya masukan yang luas dari 0,02 hingga 694 Newton.
Lima puluh nosel digunakan pada satu prototipe mesin pemintal listrik, dan lapisan serat nano yang kontinu diproduksi menggunakan konveyor batch yang berbahan dasar batang tembaga. Di bawah kompresi intermiten, kain kelim pakan 2/2 yang diproduksi menunjukkan sensitivitas 83 mV/N, yang sekitar 245% lebih tinggi daripada kain kelim pakan 1/1.
Sensor tekanan yang seluruhnya ditenun ini memantau sinyal listrik dengan memberikannya gerakan fisiologis, termasuk memutar, menekuk, meremas, berlari, dan berjalan. Selain itu, pengukur tekanan kain ini sebanding dengan kain konvensional dalam hal daya tahan, mempertahankan sekitar 81,3% dari hasil awalnya bahkan setelah 5 kali pencucian standar. Selain itu, sensor jaringan yang diproduksi efektif dalam sistem perawatan kesehatan dengan menghasilkan sinyal listrik berdasarkan segmen berkelanjutan dari langkah kaki seseorang.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, dkk. (2022). Sensor tekanan piezoelektrik kain berdasarkan serat nano polivinilidena fluorida elektrospun dengan 50 nosel, tergantung pada pola tenunan. Elektronik fleksibel npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Penafian: Pandangan yang diungkapkan di sini adalah pandangan penulis dalam kapasitas pribadinya dan tidak mencerminkan pandangan AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, pemilik dan operator situs web ini. Penafian ini merupakan bagian dari ketentuan penggunaan situs web ini.
Bhavna Kaveti adalah seorang penulis sains dari Hyderabad, India. Ia meraih gelar MSc dan MD dari Vellore Institute of Technology, India, dalam bidang kimia organik dan medis dari University of Guanajuato, Meksiko. Pekerjaan penelitiannya terkait dengan pengembangan dan sintesis molekul bioaktif berdasarkan heterosiklus, dan ia memiliki pengalaman dalam sintesis multi-langkah dan multi-komponen. Selama penelitian doktoralnya, ia mengerjakan sintesis berbagai molekul peptidomimetik terikat dan menyatu berbasis heterosiklus yang diharapkan memiliki potensi untuk lebih memfungsikan aktivitas biologis. Saat menulis disertasi dan makalah penelitian, ia mengeksplorasi minatnya pada penulisan dan komunikasi ilmiah.
Cavity, Buffner. (11 Agustus 2022). Sensor tekanan kain penuh yang dirancang untuk pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan. AZonano. Diperoleh pada 21 Oktober 2022 dari https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. “Sensor tekanan seluruh jaringan yang dirancang untuk pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan”. AZonano.21 Oktober 2022 .21 Oktober 2022 .
Cavity, Buffner. “Sensor tekanan seluruh jaringan yang dirancang untuk pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan”. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Per 21 Oktober 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Sensor tekanan serba kain yang dirancang untuk pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan. AZoNano, diakses pada 21 Oktober 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Dalam wawancara ini, AZoNano berbincang dengan Profesor André Nel tentang studi inovatif yang melibatkan dirinya yang menjelaskan pengembangan nanocarrier “gelembung kaca” yang dapat membantu obat memasuki sel kanker pankreas.
Dalam wawancara ini, AZoNano berbicara dengan King Kong Lee dari UC Berkeley tentang teknologi pemenang Hadiah Nobel miliknya, pinset optik.
Dalam wawancara ini, kami berbicara dengan SkyWater Technology tentang keadaan industri semikonduktor, bagaimana nanoteknologi membantu membentuk industri, dan kemitraan baru mereka.
Inoveno PE-550 adalah mesin pemintalan/penyemprotan elektro terlaris untuk produksi serat nano berkelanjutan.
Filmmetrics R54 Alat pemetaan resistansi lembaran canggih untuk wafer semikonduktor dan komposit.