Dolar 9,2934
Euro 10,8291
Altın 531,11
BİST 1.426
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 17 °C
Çok Bulutlu

Yumuşak mikro gözenekli elektrotlara dayalı yüksek hassasiyetli ve doğrusal yanıtlı basınç sensörü

09.04.2021
209
Yumuşak mikro gözenekli elektrotlara dayalı yüksek hassasiyetli ve doğrusal yanıtlı basınç sensörü

Son yıllarda esnek elektronik kaplamaların hızla gelişmesiyle birlikte yüksek performanslı esnek dokunsal sensörler daha fazla ilgi görerek yapay zeka, sağlık izleme, insan-bilgisayar etkileşimi ve giyilebilir cihazlar gibi birçok alanda kullanılmaya başlandı. Çeşitli sensörler arasında esnek kapasitif dokunsal sensörler, yüksek hassasiyet, düşük enerji tüketimi, hızlı yanıt ve basit yapı avantajlarına sahiptir.

Hassasiyet, sensörün önemli bir parametresidir. Hassasiyeti artırmanın yaygın bir yolu, mikro yapıları tanıtmak ve ultra yüksek spesifik kapasitansa sahip nano ölçekli bir iyon elektronik arayüz oluşturmak için arayüzde iyonik dielektrik malzemeler kullanmaktır. Bununla birlikte, malzemenin sıkıştırılamazlığı ve yapının yüksek stabilite tasarımı nedeniyle, algılama sinyalinin doğrusallığı zayıftır ve basınç yanıt aralığı dardır. Yüksek doğrusallığa sahip sensör, kapasitans ve basınç arasındaki dönüşümü kolaylaştırır. Devre tasarımını ve veri işleme sistemini büyük ölçüde basitleştirebilir ve algılama sisteminin yanıt hızını artırabilir. Bu nedenle, yüksek doğrusallığa ve yüksek hassasiyete sahip esnek basınç sensörlerinin üretimi, esnek elektronik cilt geliştirilmesinde önemli bir konu haline gelmiştir.

Son zamanlarda, Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Bölümünden Chuan Fei Guo’nun araştırma grubu, son derece doğrusal esnek basınç sensörleri araştırmalarında ilerleme kaydetti. Bükülmesi ve stabilitesini yitirmesi kolay, geniş bir en-boy oranına sahip yüzey mikropillar yapıya sahip esnek bir elektrot tasarlayarak yapının deforme olabilirliğini geliştirdiler. İyonik jel dielektrik katman ile birleştirildiğinde, sensör yüksek doğrusallığa (R2 ~ 0.999) ve yüksek hassasiyete (33.16 kPa-1) sahiptir.) 12-176 kPa’lık geniş bir basınç aralığında.

(a) Duyarlılık eğrisi ve mikro yapı deformasyon kesit SEM görüntüsü. (b) Basınç altında farklı elastik modüllü ve mikropillar yapıya sahip malzemelerin sıkıştırma kesiti SEM görüntüleri ve temas alanı değişim eğrileri. Kredi: © Science China Press

Mikropillar basınç altında üç deformasyon aşamasından geçer; ilk temas (0-6 kPa), yapısal burkulma (6-12 kPa) ve burkulma sonrası aşama (12-176 kPa). Burkulma sonrası aşamada, sinyal yüksek doğrusallık ve yüksek hassasiyet sergiler.

Yüksek doğrusallık, mikropillar yapı elektrotu ve dielektrik katmanın modülünün eşleşmesinde yatmaktadır. Mikropillar, elastik modülü 1 MPa olan silikon kauçuk polidimetilsiloksandan (PDMS) yapılmıştır ve iyon jel membranının elastik modülü 5 MPa’dır. Sonlu eleman analizi (FEA) sayesinde, MPa modülüne sahip bir malzemenin, deneyde elde edilen doğrusal hassasiyetle eşleşen, mikro-gözenekli bir yapı ile ekstrüde edildiğinde doğrusal bir temas alanı değişikliği üreteceği bilinebilir.

Yüksek doğrusal hassasiyete ek olarak, sensör ayrıca düşük bir algılama sınırına (0,9 Pa), düşük yanıt süresine (9 ms) ve yüksek stabiliteye (6000 sıkıştırma / bükme döngüsü sırasında sinyal sabit kalır) sahiptir. Sensörün performansına göre bir dizi uygulamalı deney yaparlar. Farklı ağırlıktaki ağırlıkları kaldırmak için yapay bir elin orta parmak kısmına bir sensör takılır ve sensör sinyali, ağırlıkta tek tip bir artışla (~ 372 pF / g) bir adım değişikliği gösterir. Ardından, nesne kavrama deneyini gerçekleştirmek için manipülatöre birden fazla (21) sensör takılır. Sensör dizisi, kavranan nesnenin basınç dağılımını daha iyi yansıtabilir. Sensör aynı zamanda insan radyal arterinin saptanmasında da kullanılır ve nabız sinyali, Şekil 3’te gösterildiği gibi farklı ön basınçlar altında (10.23 ~ 17.75 kPa) nispeten kararlıdır. Plantar basınç dağılımı testinde, sensör dizisi farklı durumdaki basınç dağılımının farkını net bir şekilde geri bildirebilir.

Yumuşak mikro gözenekli elektrotlara dayalı yüksek hassasiyetli ve doğrusal yanıtlı basınç sensörü
Sensör uygulama deneyi ve verileri. Kredi: © Science China Press

Sensörün yüksek doğrusallık hassasiyeti, yüzey mikropillar yapısının tasarımından ve elektrotların ve dielektrik malzemelerin mekanik özelliklerinin eşleşmesinden elde edilir. Euler’in kararlılık ilkesi, FEA ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) karakterizasyonunun kombinasyonu, doğrusal duyarlılığın nedenini açıklar. Manipülatörün ağırlık kaldırma deneyi ve kavrama deneyi, insan nabız tespiti ve plantar basınç dağılımı testi, sensörün akıllı robotlar, insan-bilgisayar etkileşimi ve sağlık izleme alanlarında büyük uygulama potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. Bu çalışma aynı zamanda esnek lineer sensörlerin araştırılması için yeni tasarım fikirleri sağlar.


Daha fazla bilgi:
Bilim Bülteni (2021). DOI: 10.1016 / j.scib.2021.02.019

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.