Опис літератури, впорядкований за роком публікації

1991

Розроблено новий мініатюрний ємнісний датчик тиску, який включає CMOS IC на тій же кремнієвій мікросхемі. Розмір чипа датчика становить 3,3 мм х 3,7 мм х 0,5 мм, а сам елемент виявлення ємності та електронне коло захищені герметично між кремнієвим підкладкою та скляним покриттям з використанням унікальної структури електричного проходу. Інтегроване електронне коло є C-F перетворювачем, частота осциляції якого змінюється як функція виявленої ємності. Таким чином, можна моніторити хвилеподібний тиск за допомогою лише двох зовнішніх виводів. Розроблений процес може бути застосований для виготовлення багатьох видів інтегрованих датчиків малих розмірів з високими характеристиками та низькими витратами.

1993

Огляд. Метою статті є обґрунтування вибору дослідження та розробки технік виготовлення ємністних сенсорів. Обговорюються переваги та недоліки порівняно з п'єзорезистивними сенсорами, а також проблеми, які перешкоджають їх широкому застосуванню. Показано, що сенсори ємності мають переваги перед п'єзорезистивними сенсорами у вигляді вищої чутливості, меншої споживаної потужності, кращої температурної стійкості та меншої чутливості до дрейфу. Однак ринок датчиків тиску займають п'єзорезистивні сенсори. Сенсори ємності мають високу чутливість, тому вони особливо привабливі для застосування в біомедичних імплантах або інших телеметричних застосуваннях, і на даний момент їх використання обмежується саме цими областями.

1995

Створено зразок датчика тиску з інтегрованою ємнісною чутливою коміркою та CMOS-контуром з перемикаємими конденсаторами, щоб оцінити можливість створення датчиків без компенсаційних контурів для термодрейфу та нелінійностей. Результати вимірювань та аналіз потенційних покращень показують, що можливо створити датчик з лінійною відповіддю, точністю у декілька відсотків та споживанням енергії 7,5 мВт для живлення 5 В. Датчик може працювати в широкому діапазоні температур, а також може бути доповнений функцією самоперевірки. Враховуючи певні покращення, діапазон вимірювання може бути розширений та чутливість до тиску збільшена або зменшена. Нелінійність може бути скомпенсована шляхом оптимізації форми та розміру фіксованих пластин, а вплив температури може бути значно скомпенсований правильним вибором параметрів.

1996

Огляд. Описано, як вимірювати зазори між кінцем лопатки і корпусом турбіни за допомогою ємнісних датчиків та відповідних електронних пристроїв. Дизайн ємнісного датчика пов'язаний з середовищем двигуна, а також електронною системою, яка використовується для розрахунку зазору між кінцем лопатки і корпусом турбіни. Показано 2 види ємнісних датчиків для використання в компресорі та турбіні: композитний та інтегральний датчики. Мета полягала у створенні датчиків для повітряної газової турбіни, які можуть витримувати температури та вібрації до 1,300°C та 150 G. Компресори можна безпечно обладнати ємнісними датчиками для точного вимірювання зазору між кінцем лопатки і корпусом. Датчики компресора можуть працювати щонайменше кілька сотень годин без відмов. Через обмежені тестування датчиків турбіни ще рано давати інформацію про MTBF (середній час між відмовами) датчиків турбіни. Потрібно багато досліджень, щоб встановити ємнісні датчики в комерційні літаки з MTBF у діапазоні 20,000 годин та вбудовані в FADEC (цифровий комп'ютер двигуна).

1996

Важливість наукового інструменту скануючої тунельної мікроскопії полягає в тому, що він дозволяє отримати кількісні та точні вимірювання. Однак, недоліки п'єзокерамічних скануючих пристроїв ускладнюють використання таких технік в більш точних застосуваннях. Щоб уникнути таких недоліків, запропоновано комбінувати сканер з додатковим інструментом для точного вимірювання. У статті описано сканер з біморфним паралелограмним сканером та металізованим скляним кубом, розташованим над тунельною голкою, що виступає в якості контрелектрода або дзеркала для ємнісних та інтерферометричних вимірювань переміщень сканера. Ємнісні датчики розташовані на диференційних гвинтах, спрямованих на куб таким чином, що бічна помилка Аббе при вимірюванні фактичних зміщень над голкою знижується до мінімуму. Датчикова електроніка використовує джерело змінного струму типу Хауленда та має відхилення лінійності менше 0,15% до 30 мм та низьку частотну пропускну здатність 1 кГц. Запропонований дизайн сканера має більш точні вимірювання, ніж п'єзокерамічні сканери, тому він може бути використаний у точній метрології на мікро- та нанометровій шкалі.

1997

Описуються перші технологічні та електричні результати щодо чутливої частини датчика відбитків пальців, яка складається з масиву чутливих ємнісних чутливих комірок. Виготовлення здійснюється за допомогою поверхневої мікрообробки кремнію, сумісного з технологією CMOS. Хороша однорідність чутливості клітин була виміряна на рівні пластини завдяки автоматичному тестуванню зонда. Геометричні параметри датчика тиску та модуль Юнга матеріалу мембрани визначені за допомогою тестів на окремих комірках. Результати узгоджуються з теорією та були підтверджені дефлексійними інтерферометричними вимірюваннями. Продемонстрована можливість використання такого масиву. Обговорюються технологічні аспекти виготовлення. Представлені електричні та оптичні характеристики. Продемонстрована можливість використання капацитивного масиву датчиків тиску для визначення відбитків пальців за допомогою процесу поверхневої мікрообробки кремнію, сумісного з технологією CMOS. Електричні та оптичні характеристики комірок з датчиком 50 мкм були виміряні. Добра узгодженість між результатами, отриманими з різних експериментів, особливо для модуля Юнга матеріалу мембрани, дозволила створити надійну механічну модель датчика.

2001

У статті описується розробка бездротового абсолютного датчика тиску, що складається з ємнісного датчика та покритої золотом електрохімічної котушки. Застосований тиск викликає зміну ємності між тонкою кремнієвою діафрагмою та металевим електродом на скляному підкладці. Зміна ємності спричиняє зміну резонансної частоти LC-контуру, який змінюється при зміні ємності. Датчик виготовлено за допомогою процесу травлення пластини та використовує кремнієву діафрагму, яка містить бор та підтримується ізольованою скляною підкладкою. Розмір датчика становить 2,6 мм х 1,6 мм, а електрохімічно покрита золотом котушка має індуктивність 1,2 pH. Датчик розрахований на зміну резонансної частоти в діапазоні 95-103 МГц для зміни тиску в діапазоні 0-50 мм рт. ст. щодо атмосферного тиску, надаючи чутливість тиску та чутливість 160 кГц/мм рт. ст. та 1553 ppm/мм рт. ст. відповідно. Виміряна чутливість тиску та чутливість виготовленого пристрою становлять відповідно 120 кГц/мм рт. ст. та 1579 ppm/мм рт. ст.

2002

Для застосування в умовах високих температур, таких як вимірювання тиску в турбінах і компресорах, потрібні матеріали та методи отримання даних, які можуть працювати при високих температурах. У даній роботі розроблено керамічний датчик тиску, що працює за принципом бездротової резонансної телеметрії з використанням пасивної структури. Датчик містить пасивний LC-резонатор, який містить рухому діафрагму-конденсатор і фіксований індуктор, що зумовлює залежність резонансної частоти від тиску. Дані зчитуються за допомогою зовнішньої петлі антени. Датчик протестовано в діапазоні температур від 0 до 400 С і діапазоні тиску від 0 до 7 Бар. Середня чутливість та точність датчика становлять відповідно 141 кГц на Бар та 24 мбар. У майбутньому планується оптимізація геометрії та матеріалу котушки для збільшення діапазону роботи датчика при високих температурах та зменшення його розмірів.

2002

У статті представлено метод декодування інформації про тиск на тканині за допомогою ємнісного датчика. Пропонований датчик містить розподілену пасивну матрицю конденсаторів, чия ємність залежить від тиску, який діє на поверхню тканини, і електронну систему, яка зчитує і обробляє зміни ємності. Дослідження демонструють надійність підходу за допомогою виявлення зображень тиску при 3 кадрах/с та вимірювання ємності на відстані метрів. Даний підхід дозволяє виявляти навіть слабкий тиск на широкій поверхні тканини, а використання простого ємнісного датчика забезпечує стійкість до механічного напруження.

2003

Ємнісні датчики тиску застосовуються в медицині та автомобільній промисловості. Специфічні конструкції та монтажні розташування значно відрізняються, починаючи від невеликих чутливих трансдюсерів з катетером, що використовуються в серці, до більших твердих пристроїв, необхідних для контролю промислових процесів. Для створення ємнісного типу датчика тиску використовувалась масштабна мікрообробка кремнію. Вона перетворює деформацію діафрагми, що відповідає тиску, в зміну ємності. Загальна зміна ємності є інтегралом зміни ємності кожної малої області на діафрагмі. Зміна ємності 6C / C вимірюється як функція деформації або тиску. Деформація діафрагми була спрогнозована за допомогою програмного забезпечення Intellisuite. Статична ємність при відсутності тиску була виміряна на рівні приблизно 4 пФ. Зміна ємності вимірювалась після нанесення тиску на мембрану. Ці результати показані для двох різних товщин мембрани: 24 мкм і 15 мкм. Чутливість краща в другому випадку, тоді як діапазон більший у першому випадку. Ці мембрани були змонтовані за допомогою епоксиду на нижній електрод. Проведені експерименти з технікою зв'язування датчиків.

2004

У комерційних мікромашинних датчиках тиску значна частина вартості складається з упаковки пристрою. Якщо використовувати міцний матеріал для підложки та упаковки датчиків, тобто виготовляти датчик безпосередньо на упаковці, можна знизити вартість системи в цілому. У цій роботі як потенційна міцна підкладка та матеріал діафрагми для мікромашинних пристроїв був досліджений нержавіючий сталь. Для виготовлення були досліджені техніки процесів ламінування в поєднанні з традиційними мікромашинними процесами. Щоб продемонструвати ці принципи, розроблені, виготовлені та охарактеризовані ємнісні датчики тиску на основі нержавіючої сталі. Кожен датчик використовує нержавіючу сталеву підкладку, ламінований плівковий матеріал з нержавіючої сталі як плавучу пластину і фіксований, поверхнево мікромашинований задній електрод з електролітованого нікелю. Чутливість пристрою, виготовленого з використанням цих технологій, складає 9,03 ppm kPa-1 зі зміною ємності на 0,14 пФ в діапазоні 0-178 кПа. Для усунення паразитних ефектів було введено два типи схеми читання для мікрофабрикованих датчиків. Нарешті, високоінтегровану мікросхему ASIC було інтегровано та виміряно з цим ємнісним датчиком тиску. Виміряне значення відносної зміни напруги складало 2,85% в діапазоні прикладеного тиску 0-75 кПа.

2005

Реалізовано ємнісний датчик тиску за допомогою післяобробки низькотемпературної спіканої кераміки (LTCC) на підложці. Технологія виготовлення датчика дозволяє інтегрувати датчик з інтерфейсними схемами і можливо також бездротовими передавачами на підложках LTCC для створення автономної датчикової одиниці. Стаття описує розрахунки конструкції та порівнює експериментальні дані з теоретичними. Особливу увагу приділено довгостроковій поведінці паяльного з'єднання. Різні варіанти конструкції були оцінені з урахуванням відтворюваності та криптознімання. Датчик тиску було успішно інтегровано на підложці LTCC. Використання підложки LTCC дозволяє компактно інтегрувати датчик з інтерфейсною електронікою для створення автономного датчика. Особливою рисою цієї технології є рівна поверхня, що особливо вигідно для використання в аналізі напружень матеріалу, де датчик вбудовується у матеріал для вимірювання розтягуючих і стискаючих напружень. Конфігурація з нікелево-золотим покриттям нержавіючої сталі та припою AuSn20 виявилась найбільш перспективною. Припій AuSn20 достатньо міцний для паяння прогинних пластин на підложках LTCC. Чутливість датчиків добре узгоджується з теорією прогину пластин.

2008

Розроблено ємнісний датчик тиску з використанням технологій thick-film та LTCC. Діафрагма з кераміки LTCC діаметром 9 мм має товщину 200 мкм, відстань між електродами близько 70 мкм та початкову ємність близько 10 пФ. Датчик є частиною електронного кола з частотним виходом, а типова вихідна частота близько 10 кГц, а чутливість від 2,5 до 3,5 Гц/кПа. Ємнісний датчик тиску має переваги високої чутливості, низької температурної залежності, стійкості до високих температур, використання в різних середовищах, низької споживаної енергії та низької чутливості до зовнішніх ефектів, але дуже схильний до паразитних ефектів, що можна зменшити за допомогою відповідної електроніки.

2010

У статті описано новий ємнісний датчик тиску на основі мікроелектромеханічних систем, який має дуже високу чутливість (2,24 мкФ/кПа). Датчик складається з краплини ртуті та плоского алюмінієвого електрода, які розділяються шаром кераміки з високою діелектричною сталістю. Змінюючи площу електродів, можна отримати зміну ємності більше 6 мкФ. Цей датчик має чутливість, що значно перевершує всі відомі на сьогодні ємнісні датчики тиску. Прототипи датчиків, які були виготовлені та протестовані, мають зміну ємності більше 6 мкФ в діапазоні тиску від 0 до 3 кПа. Рівень чутливості датчика складає 2,24 мкФ/кПа. Експериментально було підтверджено правильність розрахунків, і діапазон тиску, який може бути виміряний датчиком, може бути збільшений за рахунок використання більш жорсткої діафрагми.

2010

Пропонується ємнісний датчик тиску для аерокосмічних застосувань на основі полідиметилсилоксану (PDMS) з тонкою структурованою шаром, вбудованим між двома металевими плівками, що використовується як діелектрик та елемент пружності. Використання PDMS забезпечує високу чутливість та роздільну здатність датчика. Датчик має простий процес виготовлення та відмінну міцність порівняно з комерційними датчиками тиску на основі кремнію. Структурований шар PDMS може забезпечити велике відхилення, що дозволяє досягнути високої чутливості. Розроблений датчик є корисним для виявлення невеликих високочастотних флуктуацій тиску.

2010

Описано роботу щодо реалізації ємнісного датчика тиску на кераміці зі зниженим температурним співформованням LTCC з використанням технології нанесення товстих плівок. Датчик має високу роздільну здатність, лінійність ±0,01%, точність ±4 фФ, роздільну здатністі по температурі 0,1°C та точність завдяки використанню схеми AD7745, яка забезпечує конвертацію ємності у сигнал і включає в себе внутрішнє джерело опорної напруги та датчик температури. Ці дані можна зберігати за допомогою USB інтерфейсу. Ємнісні датчики тиску є більш підходящими для деяких застосувань, і на основі отриманих результатів можна розробити ефективний датчик тиску.

2010

Ємнісний датчик тиску виготовлений з використанням кераміки з низькою температурою спікання (LTCC) для бездротової системи датчиків. Технологія LTCC має високу ефективність у 3D структуруванні, добру різницю та стабільність розмірів, а також низьку вологопоглинаність, що робить її підходящою для використання у широкому спектрі датчиків, навіть в екстремальних умовах. Електроніка для обробки сигналів та керування енергоспоживанням, заснована на конвертації ємності в цифровий сигнал, була реалізована з використанням AD7746 від Analog Devices. Показники ємнісних датчиків були наступними: чутливість 1,7 фФ/мбар, температурна залежність 9 фФ/°C та залежність чутливості від температури менше 2 аФ/мбар/°C. Компенсація температури була виконана з використанням раціонального багаточлену другого порядку, що дозволило отримати помилку менше 0,4% на діапазоні компенсації 10 °C до 75 °C. Потужність, що споживається, не перевищувала 5 мВт. З використанням управління енергоспоживанням можливе значне зниження рівня споживання енергії та покращення ефективності.

2011

Стаття описує розробку недорогого та ефективного ємнісного датчика тиску, використовуючи технологію обробки стандартних друкованих плат. Датчик був інтегрований з електронними схемами, що перетворюють ємність на частоту, і показав хороші результати в експерименті. Технологія друкованих плат може бути використана для розробки дешевих сенсорів та інших пристроїв, які забезпечують високу точність вимірювань. Автори статті обговорюють можливість розширення застосування цієї технології для створення інших типів сенсорів, таких як акселерометри та мікрофлюїдні детектори.

2011

Описано надтонкий ємнісний датчик тиску з високою чутливістю до тиску понад 150аФ/Па та малим розміром 1,0 мм × 1,0 мм × 60 мкм. Датчик може виявляти зміни атмосферного тиску з роздільною здатністю 0,025% в діапазоні тиску +/- 3,5 кПа. Датчик відрізняється від інших тим, що використовує ємнісний діелектричний конденсатор, який герметично ущільнений в зазорі та електрично ізольований, але механічно зв'язаний з діафрагмою, що вимірює тиск. Це дозволяє отримати великий динамічний діапазон та високу чутливість до тиску. Також датчик імунний до середовища вимірювання та електромагнітних перешкод. Досліджені та охарактеризовані датчики тиску, з яких два мають діаметр рухомої пластини 150 мкм та різний діаметр діафрагми. Датчик з діаметром діафрагми 90 мкм має чутливість до тиску понад 10аФ/Па в низькому діапазоні тиску та 150аФ/Па високому діапазоні тиску, а датчик з діаметром діафрагми 100 мкм має чутливість до тиску до 260аФ/Па високому діапазоні тиску. Описаний датчик може дати змогу значно розширити дизайн простору датчиків тиску та розв'язати багато задач в забезпеченні високої продуктивності.

2012

Описано розробку ємнісного сенсора вологості на основі товстого шару нанопорошку оксиду заліза, розподіленого в гідрофільній матриці полі (діалілдиметиламоній хлориду) на комерційних гнучких пластикових підкладках зі срібними електродами. Сенсор тестували в абсолютному діапазоні вологості від 0% до 1% і показали хорошу чутливість і лінійність реакції. Нанесення матеріалу на електроди здійснювали методом відкладання крапель з водного розчину PDDAC та g-Fe2O3 (маггеміт). Система трансдукції була заснована на перетворенні ємності-частоти, а дослідження проводили з використанням мікроконтролерного блоку. Для забезпечення калібрування сенсора використовували імпульси водяної пари з різним часом тривалості, що дозволило встановити пряму залежність між зміною ємності і концентрацією вологості. В результаті дослідження розроблено сенсор вологості, який працює при кімнатній температурі та має можливість використання в практичних застосуваннях.

2012

Розроблено гнучкий ємнісний датчик тиску для вимірювання тиску на стопі в біомеханічних дослідженнях. Для діелектричного шару використано полідиметилсилоксан (PDMS) через його високу діелектричну сталість та можливість налаштування еластичності. Проведено характеризацію PDMS для вивчення його жорсткості за різних співвідношень PDMS-преполімеру та затверджувача. Вибрано співвідношення 161, оскільки воно має найбільш лінійний відношення напруження та деформації для мінімального впливу на вимірювання на кривих поверхнях та збереження інтеграції електронних схем. Оскільки датчик мініатюрний та гнучкий, він має потенціал для інтеграції взуття для збору даних на великі відстані для аналізу ходи. Основною метою роботи було розроблення нового датчика тиску для вимірювання тиску на стопі в біомеханічних дослідженнях. Для досягнення цієї мети використано метод характеризації PDMS та розроблено гнучкий ємнісний датчик тиску. Кількісні результати полягали у виборі оптимального співвідношення PDMS-преполімеру та затверджувача для досягнення максимальної лінійності відношення напруження та деформації. Основними висновками є те, що розроблений датчик ємний тиску є гнучким та мініатюрним, що дає можливість його інтеграції взуття для збору даних на великі відстані для аналізу ходи. Ключові знахідки полягають у використанні PDMS як діелектричного матеріалу та виборі співвідношення 161 для досягнення максимальної лінійності відношення напруження та деформації.

2012

Розроблено новий повністю друкований гнучкий ємнісний датчик тиску за допомогою звичайних методів шовкотрафаретного та гравюрного друкування. Датчик успішно надрукований на гнучкій поліетилентерефталатній (PET) підкладці зі срібним (Ag) наночастинковим (NP) чорнилом як металізаційним шаром та полідиметилсилоксаном (PDMS) як діелектричним шаром. Ємнісна відповідь датчика показала зміну відсотку від 5% до 40% для мінімальних та максимальних вимірюваних стискних сил відповідно 800 кПа та 18 МПа, порівняно з базовою ємністю 26 пФ. Результати демонструють можливість використання традиційних друкованих методів для виготовлення гнучких датчиків тиску.

2012

Огляд. В огляді розглядаються різні підходи до збору енергії для задоволення майбутнього попиту на самонаповнювані мікро-/наносистеми (MNS). Звернення поступово переходить від розробки окремих пристроїв до розробки складніших інтегрованих систем, які здатні виконувати багато функцій, таких як датчики, виконання реакції, комунікація та управління, за рахунок інтеграції окремих пристроїв через сучасні технології мікрофабрикації. Перший концепт самонаповнюваних нанотехнологій був запропонований з метою створення систем, які працюють, збираючи енергію з оточуючого середовища та перетворюючи її в використовувану електричну потужність для бездротової, самодостатньої та незалежної роботи. У цій роботі було продемонстровано потенціал застосування ZnO-NW наногенераторів в біосенсингу, моніторингу довкілля/інфраструктури та бездротових мереж датчиків. Також досліджувалася можливість створення самонаповнюваних нанопристроїв для біомедичних застосувань відповідно до використання зібраної біомеханічної та біохімічної енергії для живлення датчиків.

2013

Досліджено дизайн та виготовлення керамічного ємнісного датчика тиску з використанням технології LTCC. Мультишарова технологія дозволяє налаштовувати товщину гнучкої мембрани залежно від діапазону тиску. У нижній частині підложки розташована електроніка для сигнальної обробки. Інтегрована схема, яка підібрана для цієї аплікації, вимірює ємність та перетворює її в пропорційну напругу для тиску. У роботі розглянуто технологічні деталі використання технології LTCC в таких пристроях, як планарність мембрани, її товщина, проміжок між електродами, електроди та охоронні кільця. Показані результати досліджень при врахуванні цих аспектів. LTCC технологія дозволяє інтегрувати датчик з електронікою для сигнальної обробки та забезпечує компактну упаковку. Перші вимірювання ємності проводилися при 25ºC з використанням повітря як рідини для тиску. Дослідження показали значні відхилення ємності, що можуть бути пов'язані зі зменшенням відстані між електродами. Вихідні значення отримали після калібрування датчика, що дав ратіометричний вихідну напругу пропорційну номінальному вхідному джерелу напруги 5 В. Результати досліджень покажуть покращення плоскості поверхні, стабільність сигналу та поведінку датчика при різних робочих температурах.

2013

Презентовано бездротовий ємнісний датчик тиску на основі технології LTCC, показано та обговорено його дизайн, виготовлення та вимірювання. Відмінність процесу від традиційної технології LTCC полягає у використанні процесу друкування жертовного шару для уникнення деформації вбудованої ємності під час ламінації або спікання, що призводить до кращої ефективності датчика. Під час вимірювання було показано більшу чутливість датчика порівняно з попередниками. Запропоновано шляхи для подальшої оптимізації. Випробування зразків датчика показали відмінну ефективність при рівномірному тиску газу, досягнуто чутливість датчика в -344 кГц/бар. Для покращення чутливості датчика в майбутньому планується оптимізація каверни та мембрани. Так як матеріали LTCC, такі як Al2O3, обмежені поганою гнучкістю при використанні як мембрани, було запропоновано використання кращого замінника, такого як Zr2O3.

2014

Розроблено та виготовлено гнучкий датчик тиску методом шовкодруку. Металізаційний та діелектричний шари нанесені на гнучку плівку поліетилентерефталату за допомогою срібла (Ag) та полідиметилсилоксану (PDMS) відповідно. Показник конденсаторної реакції датчика складав 1% та 3,6% для стиснювальних сил 0,2 МПа та 2,4 МПа відповідно порівняно з базовою ємністю. Датчик протестовано на здатність виявляти зміни тиску, піддаючи його різним стискаючим силам. Датчик зміг виявляти мінімальну та максимальну сили 0,2 МПа та 2,4 МПа відповідно, що відповідало зміні базової ємності датчика на 1% та 3,6%. Отримані результати свідчать про можливість використання датчика у різних додатках для вимірювання тиску. Планується вдосконалення чутливості датчика та створення повністю надрукованої системи включаючи датчик та електронну схему зчитування.

2014

Представлено ультратонку саможивлячу (self-powered) штучну шкіру (SPAS) на основі п'єзоелектричного наногенератора, який збирає енергію збереженої еластичної деформації, що виникає при згинанні і розтягуванні шкіри. SPAS містить в собі еко-дружні наноматеріали - зразки двовимірно зростаючих цинкових оксидних нанопрутів (BG ZnO NRs) з ін-площинним п'єзоелектричним дією, які можуть бути виготовлені за допомогою швидкого процесу розтирання. Пристрій може постачати електричну енергію для вбудованих в штучну шкіру датчиків, а також для імплантованих біомедичних пристроїв, якщо використовувати біокомпатибільну матрицю замість полідиметилсилоксану (PDMS). SPAS може забезпечувати енергетичне саможивлення без додаткових провідників і є багатообіцяючим кроком до майбутнього розвитку технології штучної шкіри.

2016

Розроблено новий гнучкий датчик тиску, який працює на принципі ємнісної відповіді. Для створення датчика використовували полідиметилсилоксан (PDMS) та евтектичний сплав галію і індію (EGaIn) як провідні електроди. Датчик складається з чотирьох конденсаторів (C1, C2, C3 і C4), які формуються за допомогою накладання провідних електродів на PDMS. Трафарети для електродних смуг виготовляли за допомогою технології друкованих плат (PCB). PDMS шари склеювалися разом за допомогою обробки коронним розрядом, за кімнатної температури та атмосферного тиску. Здатність до вимірювання тиску досліджена на основі ємнісної відповіді прикладеного тиску від 0,25 МПа до 1,1 МПа. Середня максимальна зміна ємності складала 10,14%, 11,56%, 11,57% і 11,82% відповідно для C1, C2, C3 і C4. Отримано лінійний зв'язок між середньою зміною ємності та тиском з чутливістю 0,11% / МПа та коефіцієнтом кореляції 0,9875. Отримані результати демонструють можливість використання провідних електродів на основі рідкого металу для створення гнучких датчиків тиску.

2016

Досліджена можливість використання механолюмінесцентних матеріалів для візуалізації внутрішніх тріщин у високотисячних циліндрах для зберігання водню. Головною метою роботи є розробка неінвазивної техніки оцінки стану циліндра, яка дозволяє виявляти внутрішні тріщини, що можуть виникнути в процесі експлуатації. Для досягнення цієї мети автори використовували механолюмінесцентний матеріал SrAl2O4Eu, який світиться при деформації. Дослідження проводилися за допомогою експериментальних методів, зокрема, вимірюванням інтенсивності світіння матеріалу при деформації. Кількісні результати показали, що інтенсивність світіння механолюмінесцентного матеріалу є зворотно пропорційною глибині тріщини, розташованої на внутрішній поверхні циліндра. Отримані результати свідчать про те, що розроблений ML-сенсор є перспективним кандидатом для неінвазивної техніки оцінки стану високотисячних циліндрів для зберігання водню. Основними висновками роботи є те, що механолюмінесцентні матеріали можуть бути використані для візуалізації внутрішніх тріщин у високотисячних циліндрах для зберігання водню, а розроблений ML-сенсор є ефективним інструментом для неінвазивної оцінки стану циліндра.

2017

У статті представлено дизайн та виготовлення м'якого сенсору тиску на основі конденсатора з високою чутливістю для застосування в електроніці одягу. Для цього були оцінені два типи м'яких провідних тканин (в'язані та ткані), а також два типи їстівних частинок (цукрові гранули та кристали солі), що створюють мікропори в діелектричному шарі конденсатора, та оцінені їх спільні ефекти на загальну продуктивність датчика. Виявлено, що поєднання провідної в'язаної електроди та вищої діелектричної пористості (створеної за допомогою більших цукрових гранул) дає більшу чутливість (121 × 10-4 кПа-1) через більшу стисливість та утворення повітряних проміжків між силіконовим еластомером та провідною в'язаною електродою порівняно з іншими розглянутими конструкційними факторами в цьому дослідженні. Як практична демонстрація, конденсаторний датчик вбудували в текстильну рукавичку для моніторингу рухів стиску під час повсякденних дій. Продемонстровано швидке та легке виробництво гнучкого конденсаторного датчика тиску з провідними тканинними електродами та мікроструктурованим діелектричним шаром силікону для застосування в електроніці одягу.

2017

У статті презентовано полімерний датчик тиску з двома гнучкими мембранами, який був повністю виготовлений методом друкування за допомогою частинок срібла. Датчик складається з двох електродів, мембран, простору та додаткового діелектричного шару між електродами. Гнучкі мембрани виконані з поліімідних фольг, які забезпечують діелектричну ізоляцію та слугують простором датчика. Застосовуючи тиск до електродів, мембрани вигинаються, зменшуючи відстань між електродами і збільшуючи ємність датчика, що слугує мірою тиску на датчику. Запропонований датчик був протестований та його характеристики були виміряні, показавши чутливість датчика 16,7 пФ/бар. Розроблений датчик має простий дизайн і низькі витрати на виготовлення за допомогою комерційно доступних поліімідних фолій. Використання полімерних матеріалів в датчиках має багато переваг, таких як низькі витрати, гнучкість, легкість, можливість носіння та розтягування. Додатковий шар полііміду використовується для ізоляції між електродами та запобігання короткого замикання у випадку виходу за межі заданого діапазону тиску.

2017

У статті досліджено можливість використання полідиметилсилоксану (PDMS) як діелектричного шару для датчиків тиску з мікроструктурами, які були виготовлені за допомогою безпосереднього струменевого друку. Досліджено властивості PDMS, його механічні властивості та мікроструктури, які грають ключову роль у виготовленні датчиків тиску на основі PDMS. Досліджено вплив різних факторів на чутливість датчиків тиску, таких як зміна тиску та покриття PDMS на поверхні. Дослідження показали, що PDMS може бути використаний як діелектричний шар для датчиків тиску з мікроструктурами, що відкриває можливості для використання PDMS та його композитів у функціональних пристроях.

2017

У цій науковій роботі автори з Китаю пропонують графен-паперовий датчик тиску, який демонструє відмінну чутливість в діапазоні 0-20 кПа, що особливо підходить для носимих пристроїв. Традиційні датчики тиску не можуть одночасно досягти високої чутливості та великого робочого діапазону, що обмежує їх застосування в носимих пристроях. У цій роботі автори демонструють оптимізацію чутливості та робочого діапазону, що особливо підходить для носимих пристроїв. Датчик тиску може бути застосований для виявлення пульсу, дихання, голосового визнання та різних інтенсивних рухів. Графен-паперовий датчик тиску має великий потенціал для розумних носимих пристроїв для досягнення моніторингу здоров'я та виявлення рухів. У роботі використовувалися методи сканування електронного мікроскопу, термічної редукції, вимірювання тиску та аналізу даних. Основними висновками є те, що графен-паперовий датчик тиску має високу чутливість та великий робочий діапазон, що дозволяє використовувати його для виявлення різних фізіологічних активностей людини.

2017

У даній науковій роботі автори з Китаю створили гнучкий датчик тиску з високою чутливістю та широким діапазоном роботи на основі тривимірної графенової плівки, яка імітує морфологію шкіри людського кінчика пальця. Для створення датчика використовувалися ієрархічні структури з полімеру PDMS, що були виготовлені з природних листків. Датчик показав чутливість 110 кПа^-1 для діапазону тиску 0-0,2 кПа та широкий діапазон роботи до 75 кПа. Датчик також має низький поріг виявлення 0,2 Па, швидку відповідь 30 мс та відмінну стабільність під час більше 10000 циклів навантаження-розвантаження. Датчик може бути використаний для виявлення малих об'єктів, звуків та фізіологічних сигналів людини, що демонструє його потенціал у носимих електронних пристроях для моніторингу здоров'я та інтерфейсів людина-машина.

2018

У цій роботі описано розробку біодеградуючого датчика напруги та деформації для ортопедичних застосувань. Головною метою є можливість моніторингу механічних сил на сухожиллях після хірургічної реконструкції, що дозволить розробляти персоналізовані програми реабілітації для пацієнтів. Датчик здатен вимірювати деформацію та напругу незалежно один від одного, використовуючи два вертикально ізольованих сенсори, здатних розрізняти деформацію в розмірі 0,4 та тиск, що викликає зерно солі в розмірі 12 Па, без взаємного впливу. Датчик має мінімальну гістерезисну відповідь та час реакції в мілісекундному діапазоні, а також відмінну циклічну стабільність для вимірювання деформації та напруги відповідно. Дослідження на тваринах показали, що датчик має відмінну біокомпатибільність та функціонує в моделі щурів, що ілюструє потенційну застосовність датчика для моніторингу заживлення сухожилля в реальному часі. Розроблений датчик може бути використаний для персоналізованої реабілітаційної програми після реконструкції сухожиль, що дозволить зменшити тривалість та вартість реабілітації та позитивно вплинути на якість життя пацієнта.

2018

Описано розробку гнучкого датчика тиску з високою чутливістю та низькою гістерезисом на основі ієрархічно мікроструктурованої електроди. Вони використовують біополімерний матеріал PDMS для створення мікроструктурованої електроди з пірамідальними структурами різного розміру та проміжками між ними. В результаті було отримано датчик з високою чутливістю 3,73 кПа, низькою гістерезисом 4,42 та можливістю точного вимірювання пульсу на зап'ясті. Автори вважають, що їхній датчик має великий потенціал для застосування в електронних шкірах. Дослідження проводилися за допомогою скануючої електронної мікроскопії, імпедансного аналізатора та інших методів. Результати показали, що ієрархічно мікроструктуровані датчики з низькою гістерезисом та високою чутливістю є більш підходящими для точного динамічного вимірювання.

2018

У даній науковій роботі автори з Китаю пропонують новий тип електронної шкіри, яка може виявляти різні стимули, такі як температура, вологість, магнітне поле, тиск, ультрафіолетове світло та близькість. Ця електронна шкіра може бути використана в робототехніці, протезуванні та моніторингу здоров'я. Автори використовували механічно гнучкі та розтяжні сенсорні мережі, щоб імітувати людську соматосенсорну систему. Вони також створили персоналізовану інтелектуальну протезну руку для вимірювання тиску та температури. Результати дослідження показали, що ця електронна шкіра може виявляти різні стимули одночасно та має потенціал для використання в різних сферах, таких як робототехніка, протезування та моніторинг здоров'я.

2018

У статті описано розробку прозорих гнучких конформних ємнісних датчиків тиску з наночастинками, які мають високу прозорість та чутливість до тиску. Для досягнення високої чутливості та прозорості використовувалися мікропатерновані діелектричні архітектури, а також наночастинки, які були розподілені на поверхні датчика в двох станах: однорідний та гетерогенний. Було продемонстровано, що інтеграція наночастинкових ємнісних елементів в масив дозволяє отримати датчик тиску в режимі реального часу. Датчик може бути використаний для створення функціональних сенсорів, таких як клавіатура та датчик тиску, що можуть бути використані в різних електронних пристроях, таких як дисплеї. Розроблений підхід є перспективним для виробництва прозорих датчиків тиску з високою чутливістю та прозорістю.

2018

У цій науковій роботі автори з Японії пропонують новий механізм для розв'язання проблеми точного динамічного зображення напруги-деформації від мікрометрового до метрового масштабу. Для цього вони розробили масштабований еластиколюмінесцентний датчик напруги, який може бути використаний для діагностики структур в режимі реального часу. Датчик є чутливим і має високу роздільну здатність, що дозволяє точно вимірювати напругу-деформацію на масштабах від мікрометрів до метрів. Для калібрування датчика використовувалися високоточні напругові датчики, а також виконувалися експерименти зі зміною часу інтервалу інтенсивності світла. Отримані результати дозволяють використовувати датчик для точної динамічної діагностики структур в режимі реального часу на масштабах від мікрометрів до метрів.

2018

Розглядається останній прогрес в стратегіях виготовлення інтердигітальних електродних масивів для гнучких суперконденсаторів та їх практичні застосування для живлення інтегрованих систем. Представлені стратегії включають оптимізацію геометричних параметрів, включаючи міжрядковий проміжок, ширину, довжину та кількість мікроелектродів, та впровадження псевдоконденсаторних матеріалів у процес формування наноструктурних вуглецевих матеріалів. Оптимізація геометричних параметрів дизайну майбутніх гнучких мікросуперконденсаторів також потребує розгляду варіацій ширини та міжрядкового проміжку між електродними пальцями, що може впливати на ємність та поле. Для виготовлення мікроелектродів використовують цифрові техніки друку, такі як струменевий та екструзійний друк. Розвиток простих, недорогих та високопродуктивних методів для виготовлення мікроелектродів висувається вперед. Окрім того, розвиток інтегрованих гнучких і розтягуючихся електронних компонентів також є об’єктом активних досліджень.

2018

У цій роботі автори з США представили нову технологію епідермальної електроніки, яка дозволяє неперервно моніторити фізіологічні сигнали та фізичну активність без впливу на якість життя. Для створення таких пристроїв необхідна висока чутливість для виявлення слабких сигналів, зменшення шуму для уникнення артефактів руху, невідчутна носимість з довготривалим комфортом та виготовлення за доступною ціною для масштабованого виробництва. Однак існуючі пристрої для вимірювання тиску на шкірі не вирішують повністю зазначені вище проблеми. У цій роботі автори представили новий епідермальний іонтронний інтерфейс (EII), який включає односторонні іонтронні пристрої та шкіру як архітектуру для вимірювання тиску. Використання шкіри як датчика в EII дозволяє досягти високої чутливості до тиску та високого співвідношення сигнал/шум, а також низької кількості артефактів руху для внутрішніх та зовнішніх механічних стимулів. У роботі було продемонстровано успішне вимірювання різних важливих сигналів, таких як хвилі кров'яного тиску, хвилі дихання, м'язова активність та штучна тактильна чутливість, що свідчить про широкі можливості застосування пристроїв EII для носимих пристроїв. У роботі також досліджувалися різні механізми вимірювання тиску, включаючи резистивні, ємнісні та п'єзоелектричні датчики, а також іонтронні матеріали та механізми вимірювання тиску на їх основі. Було продемонстровано, що іонтронні матеріали та механізми вимірювання тиску можуть бути використані для створення носимих пристроїв з високою чутливістю та високою стійкістю до шуму. Узагальнюючи, робота демонструє великий потенціал застосування EII для створення нових носимих пристроїв для вимірювання фізіологічних сигналів та фізичної активності.

2019

Гнучкі датчики тиску привертають значну увагу дослідників для застосування в тактильному штучному інтелекті, електричній шкірі, діагностиці хвороб та моніторингу охорони здоров'я. Отримання гнучких датчиків тиску з високою чутливістю за низьку ціну та зручним способом залишається великим викликом. У даній роботі для підвищення чутливості гнучкого ємнісного датчика тиску було використано композитний діелектричний шар на основі суміші вуглецевих нанотрубок (CNTs) з різними співвідношеннями аспектів та полідиметилсилоксану (PDMS). Для підготовки масиву електродів датчика було використано друк на екрані замість традиційних методів етчінгу. Результати показали, що співвідношення аспектів та масова частка CNTs відіграють важливу роль у покращенні чутливості друкованого ємнісного датчика тиску. Підготовлений датчик з композитним діелектричним шаром CNTs / PDMS продемонстрував максимальну чутливість 2,9 кПа-1 в діапазоні тиску від 0 до 450 Па, використовуючи CNTs зі співвідношенням аспектів від 1250 до 3750 та масовою часткою 3,75%. Дослідження механізму показало, що підвищення чутливості датчика тиску повинно бути пов'язано зі збільшенням відносної діелектричної проникності композитного діелектричного шару під тиском. Тим часом, друковані масиви датчиків 3 × 3 та 10 × 10 демонстрували відмінну просторову роздільність та розподіл чутливості, що робить їх привабливими для застосування в різних промислових та медичних системах.

2019

У цій роботі розроблено високочутливий біорозкладний п'єзо-конденсаторний датчик тиску для вимірювання низьких тисків. Для його виготовлення було використано композитну мембрану з полілактиду-когліколіду (PLGA) та полікапролактону (PCL), що була отримана методом електророзпилення. Мембрана була використана як еластичний діелектрик, який було поміщено між двома біорозкладними залізо-цинковими електродами, що були відкладені на біорозкладну полівінілову сполуку (PVA) за допомогою електронно-променевого осадження. Датчик було закріплено в тонких плівках PLGA. Сенситивність датчика складала 0,863 кПа^-1 для низького діапазону тиску 0 ≤ P ≤ 1,86 кПа, та 0,062 кПа^-1 для високого діапазону тиску 1,86 кПа ≤ P ≤ 4,6 кПа. Найменше виявлене значення становило 1,24 Па при 10 мгс. Датчик показав добрі середні часи відгуку та відновлення, які становили відповідно 251 мс та 170 мс. Деградаційні дослідження датчика проводилися в розчині фосфатного буферу (PBS) і показали, що датчик втратив близько 60% своєї початкової ваги протягом перших двох тижнів деградації, але продовжував деградуватися й після цього. Після однотижневого інкубування датчик показав зниження чутливості на 19,5% в діапазоні низького тиску, але не було виявлено значних змін у діапазоні високого тиску. Датчик може бути використаний для вимірювання артеріального пульсу на зап'ястній артерії та для картографування різних точок тиску.

2019

Створено пористий полідиметилсилоксановий (PDMS) ємнісний датчик тиску на тканинній основі, використовуючи процес екранного друку (screen printing). Пористий PDMS був отриманий з використанням суміші PDMS, гідроген вуглекислого натрію (NaHCO3) та азотної кислоти (HNO3) і використовувався як діелектричний шар. Верхні та нижні електроди на основі тканини зроблені шляхом екранного друку срібла (Ag) на термопластичному поліуретані (TPU) та постійної фіксації їх на тканині за допомогою процесу термічної ламінації. Ємнісна відповідь датчика тиску була зареєстрована для різних діапазонів тиску від 0 до 900 кПа. Відносна зміна ємності становила ~10%, ~180% та ~300% для діапазонів тиску від 0 до 20 кПа, від 50 до 200 кПа та від 300 до 900 кПа відповідно. Детальний процес виготовлення датчика тиску, а також його ємнісну відповідь було проаналізовано і описано в цій роботі. Спочатку плівку PET приклеїли до скла товщиною 1 мм за допомогою двосторонньої поліімідної стрічки. Далі прикріпили акрилову рамку, вирізану на лазерній машині, до PET-плівки на склі за допомогою двосторонньої поліімідної стрічки. Після цього попередник діелектрика PDMS та затверджувальний агент змішали з порошком NaHCO3 в ваговому співвідношенні 5:1. HNO3 додавали до суміші PDMS-NaHCO3 для створення пор в PDMS. Після цього суміш дегазували та вилили на форму, де вона залишалася протягом 3 годин для полімеризації та утворення пористого діелектричного шару. Для виготовлення верхнього та нижнього електродів спочатку нанесли тонкі шари Ag чорнила на тканину на основі поліестеру та поліуретану за допомогою друкарської головки. Потім тканину розмістили на плівці TPU, а обидва шари здавили високотемпературною пресом. Нарешті, пористий діелектричний шар з PDMS був накладений на плівку TPU з електродами та прикріплений до них за допомогою силіконового еластомеру Sylgard 184.

2019

Огляд. Енергетична автономія є ключовою для портативних та носимих систем наступного покоління для декількох застосувань. Зокрема, електронна шкіра або e-шкіра наразі є предметом інтенсивних досліджень через свою широку застосовність в областях від робототехніки до цифрового здоров'я, моди та інтернету речей (IoT). Розробка компактних гнучких енергетичних систем для реалізації самопоживної або енергетично автономної e-шкіри є необхідною через високу густину різних типів електронних компонентів (наприклад, датчики, приводи, електроніка і т.д.), необхідних у e-шкірі, та потребу в їх живленні без додавання важких батарей. Очікується, що компактні та носимі енергетичні системи, що складаються з енергетичних генераторів, пристроїв для зберігання енергії, електроніки низької потужності та ефективних / бездротових технологій передачі енергії, революціонізують ринок носимих систем і зокрема e-шкіри. У цій роботі розглянуто розвиток самопоживної e-шкіри зокрема зосереджено на доступних технологіях генерації енергії, пристроях для зберігання енергії великої ємності та системах передачі енергії високої ефективності / бездротових технологій. У роботі виділені основні виклики, критичні стратегії проектування та найбільш перспективні матеріали для розвитку енергетично автономної e-шкіри для робототехніки, протезування та носимих систем. Дана робота доповнює про перспективність розвитку енергетично автономної e-шкіри та її значення для різних галузей, включаючи робототехніку, протезування та носимі системи. Для реалізації таких систем необхідно розв'язати виклики, пов'язані з генерацією та зберіганням енергії, а також з ефективною передачею енергії бездротовими технологіями. Малопотужна електроніка та бездротові технології передачі енергії є ключовими компонентами для створення енергетично автономних систем, які можуть працювати на дуже малих рівнях потужності. Крім того, ефективні пристрої для зберігання енергії великої ємності також є важливими компонентами для забезпечення енергією вимогливих електронних компонентів, що використовуються у e-шкірі. Одним з основних викликів є розробка енергетичних генераторів, які можуть генерувати достатню кількість енергії для живлення електронних компонентів, що використовуються в e-шкірі, при цьому маючи компактні розміри та низьку вагу. Також важливим є забезпечення ефективної передачі енергії з генератора до електронних компонентів e-шкіри, щоб уникнути втрат енергії. Деякі з перспективних матеріалів для розвитку енергетично автономної e-шкіри включають гнучкі сонячні панелі, генератори з руху тіла, пристрої для зберігання енергії на основі суперконденсаторів та літій-іонних батарей, а також бездротові технології передачі енергії, такі як магнітно-резонансна передача енергії та беспроводна зарядка. Розвиток енергетично автономної e-шкіри може мати велике значення для різних галузей, включаючи робототехніку, протезування та носимі системи. Наприклад, енергетично автономні протези можуть допомогти людям з обмеженими можливостями повернути собі рухливість та самостійність. Носимі системи, такі як розумні годинники та фітнес-трекери, можуть працювати довше без необхідності зарядки. У світі, де зростає попит на мініатюрні та потужні електронні пристрої, енергетично автономна e-шкіра може стати ключовим елементом для реалізації нових інновацій та технологій. Проте, для досягнення повного потенціалу таких систем, необхідно продовжувати дослідження та розробку компонентів та технологій, які забезпечать надійне та ефективне живлення електроніки в e-шкірі.

2019

У статті досліджено можливості використання м'яких ємнісних датчиків для просторового картографування як позитивних, так і негативних тисків. Дослідження проводилися в США, а методика полягала у виготовленні м'яких ємнісних датчиків з каналами повітряного зазору та провідним полімером PEDOTPSS електродами. Для дослідження використовувалися методи характеризації однопіксельних ємнісних датчиків, циклічних тестів відповіді датчика на тиск, тестів на розтягнення та статичної відповіді датчика на тиск. Отримано кількісні результати, зокрема, чутливість однопіксельних датчиків з різними конфігураціями повітряного зазору. Основними висновками є можливість використання м'яких ємнісних датчиків для картографування тиску, а також їхній потенціал для застосування в медицині та робототехніці.

2019

Досліджено можливість використання високодіелектричної плівки Al2O3 на фольговому алюмінієвому субстраті для створення гнучких транзисторів на основі органічних полярних ефектів (OFET) та датчиків тиску. Вони пропонують простий та ефективний метод друкування, який дозволяє отримати плівки Al2O3 великої площі з високою ємністю та низькою щільністю витоку струму. OFET-пристрої на основі друкуваної плівки Al2O3 мають показники ефективності, такі як мобільність заряду, струмовий вимикач та механічну стійкість. Датчики тиску на основі OFET з розширеним гейтом досягають високої чутливості до тиску та швидкого часу відгуку. Високодіелектрична плівка Al2O3 на фольговому алюмінієвому субстраті є перспективним кандидатом для створення гнучких транзисторів та датчиків тиску для застосування в електронних шкірах та системах моніторингу здоров'я.

2019

У статті досліджено можливості використання мультифункціональних MXene-покритих ниток для створення енергозберігаючих та енерговиробляючих пристроїв, а також датчиків тиску. Дослідження проводилися використовуючи методи хімічного покриття та в'язання. Кількісні результати дослідження включають характеристики дисперсії Ti3C2 MXene, електрохімічну продуктивність MXene-покритих ниток та датчиків тиску, а також стійкість до прання MXene-покритих ниток. Основними висновками є те, що MXene-покриті нитки мають високу електрохімічну продуктивність та стійкість до прання, а також можуть бути використані для створення енергозберігаючих та енерговиробляючих пристроїв та датчиків тиску. Ключові знайдення полягають у тому, що MXene-покриті нитки можуть бути використані для створення енергозберігаючих та енерговиробляючих пристроїв та датчиків тиску, а також мають високу електрохімічну продуктивність та стійкість до прання.

2019

Високоефективні гнучкі датчики тиску мають важливе застосування в багатьох сферах, таких як виявлення людини та взаємодії людини з комп'ютером. Ми розробили низькомірний та новаторський ємнісний датчик, який дає високу чутливість та стабільність при широкому діапазоні тисків. Ми використали діелектричний шар з біонічної структури komochi konbu (біологічна структура, знайдена в морських водоростях, які називаються Saccharina Japonica або Kombu. Ці водорості мають вражаючу здатність до адаптації до зміни середовища, що робить їх популярним об'єктом досліджень для розробки нових матеріалів та технологій) та гнучкий та міцний електродний шар з прозорого безз'єднувального міді/нікелевого наномережевого матеріалу на основі технік електрообробки та електролітичного відкладення, що забезпечує високу стійкість під час згинання та високу циклічну стійкість нашого датчика. Наш датчик має більшу ефективну діелектричну константу за дії стискувальної сили, завдяки розмірній виступаючій структурі та внутрішнім мікропорам в еластомерній структурі, що покращує чутливість датчика. Вимірювані час відгуку та релаксації (162 мс) є в 250 разів швидшими, ніж у звичайного плоского ємнісного датчика з полідиметилсилоксану. Ми створили гнучкий ємнісний датчик тиску, який можна використовувати на одязі, не тільки для швидкого розпізнавання натискання та згину пальців, але й для виявлення тиску пальця, коли він хапає предмет. Наші датчики мають велике застосування в практичних сферах, таких як реабілітація та моніторинг фізичних вправ, а також управління взаємодією людини з комп'ютером, наприклад, у віртуальній реальності або інтерактивних іграх. Вони можуть бути корисні в медицині, де їх можна використовувати для моніторингу показників тиску внутрішніх органів або для виявлення рухів пацієнтів. Крім того, наші датчики можуть бути корисними в робототехніці, де їх можна використовувати для створення м'яких роботів з високою чутливістю до дотику та здатністю взаємодіяти з людьми безпосередньо. Вони мають потенціал у галузі "розумних" матеріалів, де їх можна використовувати для створення матеріалів зі змінними властивостями, що залежать від тиску або дотику. Такі матеріали можуть бути використані для створення керованих поверхонь, які можуть змінюватися під дією тиску, що може бути корисним у виробничих процесах або у розробці різноманітних пристроїв.

2019

У розвитку електронних шкір та розумних носимих датчиків для тіла ставляться високі вимоги до гнучких датчиків тиску з високою чутливістю та великим лінійним діапазоном вимірювання. Однак, виявляється, що одночасне збільшення обох параметрів є складним завданням. У цій роботі описано гнучкий ємнісний датчик тиску на основі пористої карбонової провідної пасти-композиту полідиметилсилоксану. Чутливість та лінійний діапазон вимірювання були покращені за допомогою кількох методів, включаючи регулювання жорсткості діелектричного матеріалу, створення мікроструктур та збільшення діелектричної проникності діелектричного шару. Описаний тут ємнісний датчик тиску має відносно високу чутливість 1,1 кПа−1 та великий лінійний діапазон вимірювання 10 кПа, що робить добуток чутливості та лінійного діапазону вимірювання рівним 11, що є вищим, ніж у більшості описаних ємнісних датчиків тиску за нашими знаннями. Датчик має межу виявлення 4 Па, час реакції 60 мс та високу стабільність. Були продемонстровані деякі потенційні застосування датчика, такі як вимірювання артеріального пульсу та дихання, що свідчить про його перспективне використання для носимих біомедичних пристроїв. Крім того, на основі матеріалу було створено масив датчиків тиску, який чітко ідентифікував об'єкти у формі різних літер. Це свідчить про перспективне застосування у майбутніх електронних шкірках. У зв'язку зі зростанням популярності носимих електронних пристроїв, зокрема, біомедичних пристроїв, гнучкі датчики тиску стають все більш важливими компонентами для моніторингу здоров'я та фізіологічних параметрів людини. Важливі вимоги до таких датчиків включають високу чутливість, широкий діапазон вимірювання, високу стабільність та гнучкість для забезпечення комфорту під час носіння. Одним з найбільш перспективних матеріалів для створення гнучких датчиків тиску є пориста карбонова провідна паста, яка може бути використана як електродний матеріал у ємнісних датчиках тиску. У цій роботі описано ємнісний датчик тиску на основі такого композиту, в якому пориста карбонова провідна паста була вміщена у матрицю полідиметилсилоксану. Одним з ключових факторів, що впливають на чутливість та лінійний діапазон вимірювання, є діелектричний матеріал, який розділяє електроди ємностного датчика тиску. У цій роботі було показано, що регулювання жорсткості діелектричного матеріалу, створення мікроструктур та збільшення діелектричної проникності діелектричного шару можуть сприяти покращенню чутливості та лінійного діапазону вимірювання ємнісного датчика тиску.

2019

У даній науковій статті автори з Китаю пропонують новий метод створення гнучкого та носимого датчика тиску на основі провідної нейлонової тканини як електродів та еластомеру Ecoflex як діелектричного шару. Датчик може бути вбудований в текстильні вироби без втрати комфорту та може використовуватися для моніторингу рухів людини або дотику. Автори використовували магнетронне напилення срібла на тканину для отримання провідної нейлонової тканини. Датчик показав високу чутливість, лінійну відповідь та швидкий час реакції. Він також був стійким до повторюваних механічних навантажень. Автори продемонстрували, що датчик може бути використаний як платформа для носимої електроніки для виявлення рухів людини та передачі сигналів. Вони також показали, що датчик може бути вбудований в рукавичку з функцією дотику, яка може бути використана для декодування та передачі сигналів Morse, що має потенціал для використання в військовій галузі.

2019

У цій науковій роботі, автори з Китаю розробили електронну тканину, яка поєднує традиційну тканину з інтелектуальними функціями. Вони успішно створили бездротовий батарейний моніторинговий систему для всієї тканини, яка містить датчик тиску з 3D прониклою тканиною, яка знаходиться між двома високопровідними тканинними електродами, що діє як діелектричний шар. Завдяки добрій еластичній відновлюваності простірної тканини, ємнісний датчик тиску проявляє високу чутливість 0,283 КПа.1 зі швидким часом відгуку та доброю стабільністю циклів 20 000. На поверхні тканини з високою шорсткістю були сконструйовані срібні нановолокна за допомогою водорозчинного шаблону полівінілового спирту, щоб досягти високої провідності 0,33 Ом-кв. та доброї біокомпатибільності зі шкірою людини. Крім того, були успішно розроблені та виготовлені копланарні тканинні датчики, які дозволяють просторово відображати інформацію про тиск. Важливою є те, що газопроникні тканини можуть бути приклеєні до шкіри для бездротового в реальному часі виявлення тиску за допомогою індуктивної котушки зі зміною резонансної частоти. Всі-тканинний датчик є більш підходящим для текстильної технології порівняно з традиційними датчиками тиску та має широкий потенціал застосування в галузі інтелектуальних тканин для електронної шкіри.

2019

У даній роботі автори з Японії розглядають проблему точності термального вимірювання на тонких гнучких плівках, що лежать на незвичайних поверхнях. Для розв'язання цієї проблеми вони використовують ефективний термальний менеджмент, який дозволяє створити високоточні гнучкі багатофункціональні датчики з використанням низькотеплопровідного середовища як термальної бар'єри. В результаті досягнуто близько 50-кратного покращення точності термального вимірювання, що майже не залежить від змін зовнішнього середовища. Робота демонструє можливість моніторингу температури повітря та його розподілу на кривих поверхнях з використанням гнучких термальних датчиків. Крім того, досягнуто точного моніторингу температури шкіри незалежно від раптових змін зовнішнього середовища. Робота відкриває шлях до створення точних гнучких термальних датчиків для різноманітних застосувань в Інтернеті Речей.

2019

Розроблено гнучкий мікрофлюїдний суперконденсаторний датчик тиску на основі поліуретанової губки з іонно-рідиною діелектричним шаром, що покритий двома плівками індію-олова та поліетилен-терефталату (ITO-PET) зверху та знизу. При зовнішньому тиску контактна площа між електродом ITO-PET та іонно-рідиною поліуретанової губки (ILPU) збільшується, а відстань між двома електродами ITO-PET зменшується, що призводить до швидкого збільшення ємності датчика. Внешній тиск буде визначено на основі зміни ємності. Експерименти проводилися для вивчення впливу температури та вологості. Результати показали, що датчик має високу чутливість до тиску до 5,28 нФ/КПа та добру лінійність та повторюваність. Крім того, ємність датчика є стабільною при температурі нижче 50 oC та нечутливою до вологості. У цілому, розроблений інноваційний датчик має значний потенціал для надійного тиску із низькими витратами.

2019

У даній науковій роботі автори з Китаю пропонують новий метод створення гнучких та високочутливих датчиків тиску на основі мікроструктурованих графенових електродів. Вони демонструють, що мікроструктури графену можуть бути контрольовані та забезпечувати високу чутливість, швидку відповідь, низький рівень виявлення, високу гнучкість та стабільність. Дослідження проводилися за допомогою методів елементів скінченних, розрахунків та експериментів. Отримані результати показують, що мікроструктуровані графенові електроди можуть бути використані для створення високочутливих датчиків тиску з різноманітними застосуваннями, такими як моніторинг здоров'я, робототехніка та інтерфейси між людиною та машинами.

2019

У цій науковій роботі автори з Китаю розробили новий еластичний іонний поліакриламідний гідрогель з високою ємністю для створення низьковольтових тонкоплівкових транзисторів тиску на основі органічних матеріалів. Гідрогель був отриманий шляхом фотополімеризації мономеру акриламіду в водному розчині поліакрилової кислоти та CaCl2, а потім був мікроструктурований на електроді з індію-олова оксиду. Виготовлений ємнісний датчик з мікропіларними структурами EIPH досяг високої чутливості 2,33 кПа^-1 з чутливістю ємності 103,8 нФ-кПа, що більше, ніж у звичайних ємнісних датчиків тиску більше, ніж на 100 разів. Мікроструктурований EIPH був використаний як діелектричний шар при виготовленні транзисторів тиску на основі OTFT. Такий EIPH-базовий транзистор тиску не тільки значно підвищив чутливість, але й значно знизив напругу роботи до 2 В. Висока чутливість і низька споживана потужність роблять ці гнучкі ємнісні та OTFT датчики тиску перспективними для застосування в портативних та носимих електронних пристроях.

2019

Огляд. У цьому огляді наведено дослідження електронних шкір на основі принципів наногенераторів та п'єзотроніки. Розглянуто роль п'єзоелектричного та п'єзотронного ефектів у датчиках, обговорено матеріали, використані у пристроях, та надано різні датчики для електронних шкір. Здатність нашої шкіри відчувати подразники з навколишнього середовища є суттєвою для нашого щоденного життя. Реалізація електронної шкіри для вимірювання зовнішніх подразників може мати важливі застосування в робототехніці, інтелектуальних та штучних пристроях та біомедичних застосуваннях. Матеріали електронних шкір п'єзоелектричної та п'єзотронної електроніки можуть не тільки слугувати датчиком, але й збирати енергію з навколишнього середовища для створення самопоживних пристроїв. П'єзоелектричний потенціал, що виникає за допомогою п'єзоелектричності, відіграє важливу роль у модифікації вихідних сигналів датчиків. Тому дослідження п'єзоелектричних наногенераторів та п'єзотроніки надає новий підхід до розробки електронних шкір. Розробка датчиків з високою чутливістю, багатофункціональністю, витратами енергії від низьких до нуля та низькою вартістю є викликом у розробці електронних шкір на основі п'єзоелектричних та п'єзотронних ефектів. Різні матеріали можуть бути використані для створення датчиків, такі як п'єзоелектричні полімери та кераміка, а також графен, металеві оксиди та нанорушії. Дослідження показали, що електронні шкіри можуть вимірювати тиск, температуру, вібрації та інші зовнішні подразники. Одним з перспективних напрямків у створенні електронних шкір є використання наногенераторів та п'єзотроніки для збору енергії з навколишнього середовища. Це може допомогти створити електронні пристрої з вбудованою енергією, що забезпечує їхню автономну роботу. Однак, дослідження в цій області все ще тривають та відкривають нові можливості для створення пристроїв з більш високою чутливістю та функціональністю, що можуть бути використані в різних галузях, таких як медицина, робототехніка та інтелектуальні пристрої.

2019

Гнучкі датчики тиску відіграють важливу роль в електронних шкірах (E-Skins), які імітують механічні властивості відчуття тиску людської шкіри. Раціональний дизайн датчика тиску з налаштовуваними характеристиками має високий попит для різних сценаріїв застосування. У цій роботі пропонується налаштовуваний, високочутливий та гнучкий датчик тиску на основі складних мікроструктур, які можуть бути стиснуті. Модифікування морфології мікроструктури полідиметилсилоксану (PDMS) дозволяє пристрою отримувати різні чутливості та діапазони тиску для різних вимог. Крім того, шляхом уведення пустотних структур у зморшки PDMS, наш датчик тиску демонструє високу чутливість 14,268 кПа-1. Датчик тиску на основі еластичної мікроструктури також має дуже низький межу виявлення тиску (1,5 Па), швидкий час реакції (<50 мс), широкий діапазон тиску та відмінну стабільність циклів. Реалізація моніторингу дихання та визначення різних слів досягається за допомогою кріплення гнучкого датчика тиску на груди та горло відповідно, що демонструє його великий потенціал застосування для діагностики, моніторингу хвороб та інших передових клінічних/біологічних засобів носіння.

2019

У цьому дослідженні розроблено датчик тиску на основі ємностної індукції з великим діапазоном виявлення, що базується на структурованому еластичному електроді, який може бути масово виготовлений простим методом формування мікропористої ПЕ стрічки. Результати тестування показали, що діапазон виявлення тиску датчика становить від 0 до 45 кПа. Датчик виявляє тиск через зміну контактної площі верхнього підстрату датчика та зменшення відстані між верхнім та нижнім підстратами. Датчик також має низький поріг виявлення (<300 Па), дуже короткий час відгуку (<50 мс) та високу операційну стабільність для повторного навантаження/розвантаження. Датчик має високу роздільну здатність та може розрізняти мову, а також використовуватись для моніторингу пульсу. Масове виробництво низької вартості та широкий діапазон виявлення гнучких датчиків тиску на основі ємностної індукції заложили основу для розробки електронної шкіри, застосувань контактного контролю та зносостійких засобів моніторингу здоров'я.

2019

Стаття презентує новий ємнісний датчик тиску, який здатний робити високоточні вимірювання при низькому тиску. На відміну від методу, який використовують багато дослідників для покращення чутливості ємнісних датчиків шляхом використання мікроструктурованого діелектричного шару (такого як мікроструктурована плівка PDMS), у цій статті використовується еластичний металізований губчастий матеріал (нікелево-поліуретанова губка), як еластична пориста електрода ємнісного датчика, щоб він міг виявляти дуже низький тиск (наприклад, 0,2 г сої). У порівнянні з традиційним ємнісним датчиком, використовуючи ізоляційну поліуретанову губку як діелектрик, базова ємність датчика в тому ж самому розмірі може збільшитися в 10 разів, і він має краще співвідношення сигнал / шум. Крім того, датчик має високу стійкість завдяки хорошим механічним властивостям нікелево-поліуретанової губки. Процес виготовлення датчика надзвичайно простий, витрати низькі і його можна зробити будь-якої плоскої форми. Описано структуру, принцип та виготовлення датчика та його застосування у робототехніці для захоплення об'єктів. Експериментальні результати показали, що датчик має відмінну продуктивність, схожу з пальцем людини, в захопленні крихких, надзвичайно легких та низько модульних об'єктів.

2019

У даній статті автори з Китаю пропонують новий тип капацитивних датчиків напруги, які можуть бути легко інтегровані в текстильні вироби без втрати зносостійкості та комфорту. Для досягнення цієї мети, були використані електронні текстильні датчики напруги та тиску, які можуть бути вбудовані в одяг, бандажі та інші текстильні вироби. Для максимальної користі від таких датчиків, вони повинні відповідати ряду технічних та ергономічних критеріїв, таких як стабільність та лінійність сигналу, відсутність гістерезису, достатня швидкість реакції та інші. Для досягнення цих критеріїв, автори пропонують використовувати капацитивні датчики напруги, склад яких складається лише з текстильних ниток, що утворюють двопрядні нитки. Ці нитки можуть бути вбудовані в текстильні вироби шляхом в'язання, шиття або ткання. Датчики, які були розроблені авторами, мають високу чутливість, стабільність та лінійність сигналу, а також довговічність та можливість стерилізації. Вони можуть бути використані для моніторингу рухів людей, спортсменів та пацієнтів, а також для виробництва різних медичних виробів та смарт-одягу. Однак, через обмежену еластичність, ці датчики не підходять для вимірювання великих напруг на шкірі. У майбутньому можливо будуть оптимізовані матеріали для ядра ниток, щоб зняти це обмеження.

2020

У цій науковій роботі автори з Китаю досліджують можливість створення гнучких та носимих ємнісних датчиків тиску на основі нановолоконних мембран, що покриті електропровідним шаром. Для досягнення високої чутливості та швидкості реакції, автори використовують метод електролітичного відкладення металу на гнучких підкладках. У роботі описано методи дослідження, отримані кількісні результати, а також наведено основні висновки та ключові здобутки. Дослідження показало, що запропонований метод є ефективним та простим у виготовленні, а отримані датчики мають високу чутливість та швидкість реакції, що робить їх перспективними для використання в медичних дослідженнях, робототехніці та військовому обладнанні.

2020

Пропонується нова структура верхнього електродного шару для ємнісних датчиків тиску з матричною адресацією, що складається зі структурированого шару з високим модулем Юнга та шару ізолюючої оболонки з низьким модулем Юнга. Перший може витримувати високу температуру обробки, формуючи надійні і густі електричні з'єднання. Останній призначений для захисту структурованого шару, мінімізуючи поширення локальної деформації на натиснутому пікселі на навколишні. Експериментальні результати демонструють ефективне пригнічення міжпіксельного перешкоджання та покращення точності вимірювання в гнучкій ємнісній системі датчиків тиску 10x10 з матричною адресацією, яка інтегрована в протезну руку. Цей дизайн може забезпечити технічний шлях для реалізації систем штучної шкіри з високою роздільною здатністю та малим міжпіксельним перешкоджанням у взаємодії людина-машина та в протетичних застосуваннях. Щоб удосконалити технологію, потрібно вирішити обмеження: (1) з'єднання між пікселями та (2) розміри чутливого шару та роздільної здатності сенсорних масивів, та (3) розробити математичну модель для опису впливу параметрів конструкції на вимірювальні характеристики та кроссток.

2020

Огляд. На основі п'єзоелектричних матеріалів завдяки їхній відмінній чутливості виготовляються ультратонкі, високочутливі та швидкодіючі гнучкі датчики, які можуть бути застосовані в робототехніці та протезуванні, носимій електроніці, розумних та штучних пристроях, сучасній медицині та моніторингу структурного здоров'я. Однак продуктивність гнучких датчиків на основі п'єзоелектричних матеріалів є неідеальною, тому є місце для їх оптимізації. Для цього запропоновано кілька стратегій, які можуть покращити продуктивність п'єзоелектричних датчиків: (1) інновації матеріалів, від широко досліджених та використовуваних п'єзонапівпровідних матеріалів, неорганічних п'єзокерамічних матеріалів, органічних п'єзоелектричних полімерів, нанокомпозитних матеріалів, до емерджентних та майбутніх молекулярних фероелектричних матеріалів, які показують високу п'єзоелектричність та гнучкість. (2) проектування мікроструктур на поверхні п'єзоелектричних матеріалів, щоб збільшити контактну зону п'єзоелектричних матеріалів під дією тиску. (3) додавання допантів, таких як хімічні елементи та графен, в конвенційні п'єзоелектричні матеріали. (4) розробка п'єзоелектричних транзисторів на основі п'єзотронного ефекту. Ці стратегії дозволять покращити характеристики гнучких датчиків на основі п'єзоелектричних матеріалів і розширити їх застосування в різних галузях, таких як наука, медицина, промисловість та робототехніка. Інновації у матеріалах можуть привести до створення нових п'єзоелектричних матеріалів з більш високою п'єзоелектричністю та гнучкістю, що забезпечать кращу продуктивність датчиків. Проектування мікроструктур на поверхні п'єзоелектричних матеріалів може збільшити контактну зону п'єзоелектричних матеріалів з об'єктом, на який вони накладаються, що також може покращити їх характеристики. Додавання допантів в конвенційні п'єзоелектричні матеріали може змінити їх хімічний склад та властивості, що дозволить збільшити їх п'єзоелектричний відгук. Розробка п'єзоелектричних транзисторів на основі п'єзотронного ефекту також може покращити характеристики датчиків і забезпечити більш точний та швидкий збір даних. Враховуючи всі ці стратегії, майбутнє п'єзоелектричних датчиків виглядає дуже перспективним. Вони можуть бути використані для створення розумних пристроїв, які дозволять збирати і аналізувати дані в реальному часі, моніторити структурне здоров'я, а також для створення протезів та носимої електроніки, що забезпечать більш комфортне та безпечне використання.

2020

Механічна вібрація є поширеним явищем у промисловому виробництві та важливою причиною відмов механічного обладнання. Моніторинг сигналів механічної вібрації дозволяє визначити стан роботи обладнання та ефективно запобігти відмовам та аваріям. Отже, отримання сигналу вібрації є необхідним етапом при моніторингу стану механічного обладнання. Для проведення механічних вібраційних тестів використовуються різні сенсори вібрації, включаючи датчики прискорення та деформації. Обидва типи широко застосовуються та дозволяють точно зібрати сигнали вібрації під час роботи механічного обладнання. Зараз дослідження вібраційних сенсорів переважно спрямовані на розробку матеріалів, оптимізацію характеристик сенсорів та впровадження нових технологій. Сенсори вібрації можуть бути розділені на датчики прискорення та датчики деформації. Перші включають п'єзоелектричні датчики прискорення та ємнісні датчики прискорення, другі - деформаційні датчики опору та волоконно-браггівські деформаційні датчики. Нарешті, обговорюються характеристики датчиків вібрації, які працюють від власної потужності, RFID датчики вібрації та інші нові датчики, а також обговорюються стан досліджень та тенденції розвитку датчиків вібрації. У цій статті розглядається стан розвитку п'єзоелектричних датчиків прискорення, які є одними з найбільш поширених датчиків вібрації. П'єзоелектричні датчики прискорення використовують п'єзокерамічні матеріали для вимірювання прискорення механічного об'єкту. Коли п'єзоелектричний матеріал зазнає механічного напруження, він створює електричний сигнал, який може бути виміряний. Ці датчики мають високу точність та швидкість реакції, а також широкий діапазон вимірювання від 0 до кількох кілогерц. Однак, п'єзоелектричні датчики мають деякі обмеження. Вони можуть бути чутливі до температурних змін, вологості та інших факторів довкілля, що може вплинути на їх точність та надійність. Також, збір даних від цих датчиків може бути складним, оскільки вони можуть генерувати шум та перехрестні сигнали. У розвитку п'єзоелектричних датчиків прискорення, дослідники зосереджені на поліпшенні матеріалів та конструкцій датчиків, а також на розробці нових методів обробки даних. Наприклад, розроблені нові матеріали п'єзокераміки, які мають кращу стійкість до температури та вологості. Також, використання бездротових технологій передачі даних може зробити збір даних від датчиків більш ефективним та зручним. Усе це дозволяє покращувати точність та надійність датчиків вібрації та забезпечувати більш ефективний моніторинг стану механічного обладнання.

2020

Гнучкі датчики тиску є необхідними компонентами для м'якої електроніки, які забезпечують можливість фізіологічного моніторингу для носимих пристроїв і тактильних сприйнять для м'яких роботів. Датчики тиску на основі гнучких керамічних нановолоконних мереж з високою структурною еластичністю є високочутливими і надійними, що дозволяє задовольняти вимоги практичних застосувань у повсякденних діях і навіть в суворих умовах, таких як висока температура. Церамічні датчики тиску проявляють високу чутливість (≈4,4 кПа−1), низьку межу виявлення (<0,8 Па), швидкість реакції (<16 мс) та низьку втому після 50 000 циклів навантаження/розвантаження. Використання текстильних електродів дозволяє створити повністю дихаючий і носимий керамічний датчик тиску для моніторингу здоров'я в реальному часі і виявлення руху. Керамічні нановолоконні датчики можуть працювати при температурах до 370 °C і мають високу стійкість, що дає велику надію для застосувань в суворих умовах. В цілому, датчики тиску на основі керамічних нановолоконних мереж мають перевагу над більшістю дихаючих датчиків тиску і можуть підвищити практичність носимих датчиків як для повсякденних дій, так і для екстремальних умов.

2020

Огляд. Датчики стали невід'ємною складовою сучасного світу. Вони використовуються в будинках, офісах, автомобілях та інших місцях, забезпечуючи зручне життя, виявляючи присутність людини, вмикаючи світло, регулюючи температуру в кімнаті, виявляючи пожежу та виконуючи інші завдання. Датчики грають важливу роль у всіх галузях, включаючи домашнє господарство, промисловість, авіацію, медицину та автомобільну промисловість. Керамічні датчики здобули велику популярність, оскільки мають переваги порівняно з іншими матеріалами. Однією з переваг кераміки є її висока чутливість, а також висока температурна стійкість, довговічність і можливість переносити важкі умови. Матеріали, такі як оксиди алюмінію, цирконію та ітрію, є поширеними матеріалами, які використовуються в різних типах датчиків, включаючи температуру, тиск, рівень масла, корозію та рівень кисню. Широкий вибір пористих керамічних матеріалів дозволяє виготовляти датчики для різних застосувань. Деякі датчики можуть бути гнучкими та активними, міряючи напругу та дотик, детектуючи різні типи навантажень. Датчики на основі п'єзокераміки можуть грати важливу роль в наступному поколінні розумних портативних електронних та продуктів штучного інтелекту, оскільки мають великі можливості для інтеграції. Керамічні датчики з п'єзоелектричними властивостями можуть перетворювати механічну енергію на електричну енергію, що дозволяє їх використовувати в різних застосуваннях, таких як вібраційні датчики, акустичні датчики, сенсори тиску та датчики рівня рідин. Крім того, керамічні датчики можуть бути використані для вимірювання різних параметрів, таких як вологість, температура, тиск та хімічний склад речовин. Вони можуть бути встановлені в різних пристроях та системах, що дозволяє відслідковувати та контролювати різні параметри зручним способом. У майбутньому, з розвитком технологій, можливості датчиків будуть досконалішими та їх застосування розширюватиметься.

2020

Створено гнучкий та високочутливий ємнісний датчик тиску, який здатний виявляти тиск в широкому діапазоні. Для цього використовувався еластомерний діелектрик з високою пористістю та повітряними проміжками між провідним полімером/фільтровою паперовою електродами. Пористий полідиметилсилоксан (PDMS) з повітряними проміжками був підготовлений з використанням порошку NaCl та металевих шпильок як шаблону під час процесу затвердіння. Датчик тиску на основі PDMS з пористістю приблизно 60% та масивом 6 × 6 повітряних проміжків діаметром близько 850 мкм проявив високу чутливість для діапазону тиску від близько 5 Па до 1 МПа, швидкий час відгуку та добру міцність. Датчик тиску на основі PDMS з високою пористістю та повітряними проміжками має високу чутливість для тиску нижче 1 кПа, здатність виявляти тиск величиною навіть у 5 Па, і може вимірювати тиск в широкому діапазоні до 1 МПа. Застосування ємнісних датчиків тиску в моніторингу руху людини було успішно продемонстровано (включаючи мовлення, згинання суглобів та ходьбу). Також виготовлена матриця датчиків для демонстрації просторового картографування розподілу тиску. Висока гнучкість, висока чутливість та широкий діапазон тиску датчика дозволяють використовувати йому у багатьох різних застосуваннях. Наприклад, такі датчики можуть бути використані у медичній технології для моніторингу стану пацієнтів, у робототехніці для створення більш точних та гнучких роботів, а також у виробництві, де необхідно контролювати тиск у різних процесах. Крім того, датчики тиску можуть бути використані у спортивних додатках для моніторингу тиску на підошві взуття або на кулі для боулінгу, що дозволить спортсменам покращити свої результати. Оскільки датчик тиску на основі PDMS з пористістю може бути легко виготовлений та має низькі витрати, він може стати доступним для широкого кола використань у майбутньому.

2020

У зв'язку з потребою швидкого розвитку систем охорони здоров'я та електронних систем шкір, висуваються вимоги до гнучких, чутливих і масштабних датчиків нормального тиску. У роботі виготовлений ємнісний датчик нормального тиску на основі діелектричного шару супереластичного полідиметилсилоксану (PDMS) з рівномірно розподіленими мікропорами. Мікропори були створені за допомогою вакуумно-підтримуваного змивання розчину PDMS з використанням цукрових часток як порогену. Застосовано покращений підхід до вакуумно-підтримуваного змивання розчину PDMS з використанням різних розмірів цукрових часток як порогену за низької вартості та високої ефективності, що робить його більш доступним для виробництва масштабних датчиків нормального тиску. Розроблений датчик експериментально проявив високу еластичність, великий діапазон вимірювання тиску (>200 кПа), високу чутливість (0,023 кПа-1), хорошу гістерезисну властивість, швидкий відгук (близько 155 мс) та структурну стійкість та міцність для використання понад 1000 циклів. Продемонстровано використання виготовленого датчика для виявлення стискання пальців та тиску на ступню, що свідчить про його високий потенціал для використання як електронних шкір або систем моніторингу реабілітації.

2020

У роботі досліджується вплив наночастинок титанату барію (BaTiO3) на вологість, діелектричну відповідь, термічну стійкість та гідрофільність композитних плівок полівініліденфлуориду (PVDF) - BaTiO3. Композитні розчини отримують шляхом змішування оптимізованої концентрації (2,5% мас.) PVDF з різними концентраціями (0,5%, 1% та 2% мас.) наночастинок BaTiO3. Досліджено вплив наночастинок BaTiO3 на термічну стійкість, морфологію, гідрофільність та відповідь на вологість PVDF-BaTiO3-основних вологісних датчиків при відносній вологості 40-90%. PVDF-BaTiO3 (2,5% мас.-1% мас.) композитні плівки демонструють стійку та більш лінійну ємнісну відповідь з зменшеними гістерезисом в діапазоні 40-90% відносної вологості порівняно з датчиками з 0,5% та 2% мас. BaTiO3. Оптимізований ємнісний датчик показує максимальний гістерезис 2,5%.

2020

Огляд. Вологість відіграє критичну роль у процесі загоєння ран і, враховуючи множину електрохімічних датчиків, призначених для вимірювання вологості, дещо дивно, що існує небагато публікацій, присвячених цій конкретній задачі. У роботі розглянуто питання, пов'язані з вологості рани та практичні виклики, з якими стикається адаптація загальних ємнісних датчиків вологості до цієї галузі, разом з потенційним впливом таких систем на практику медичної діагностики. Метою роботи є надання деяких критичних інсайтів щодо перекладу технологій ємнісних датчиків для моніторингу рівнів вологості (зокрема, відносної вологості, RH) у звичайних пов'язках на ранах. Замість надання вичерпного дослідження датчиків RH, увага зосереджена на виділенні деяких недавніх розробок та їх застосовності до конкретних вимог діагностики ран та потенційної цінності для децентралізованого управління ранами в спільноті. Незважаючи на багато досягнень у матеріалах та процедурах, слід визнати, що після накладання як звичайних, так і 'вдосконалених' пов'язок на рані, вони по суті залишаються 'сліпими', і оцінка їх ефективності у зміні середовища рани залишається під час візуального огляду лише при знятті пов'язки медичним працівником. Здатність відслідковувати вміст вологи та виявляти момент, коли пов'язки потрібно змінити, може бути критичним доповненням до інструментів медичної діагностики. Існуючі пристрої для вимірювання вологості мають обмежену застосовність у діагностиці ран і необхідно розглянути нові технології, які відповідають вимогам медичної діагностики ран. Важливо враховувати практичні виклики, пов'язані з адаптацією датчиків вологості до цієї галузі, і потенційні переваги для децентралізованого управління ранами в спільноті.

2020

Значна увага науковців в галузі носимої електроніки та розумної шкіри приділяється розробці високочутливих, гнучких, біосумісних та розтягувальних датчиків тиску. Однак, значна складність існує у розробці високочутливих та недорогих сенсорів, які мають оптимальну механічну стабільність та найнижчий можливий рівень виявлення для моніторингу тонких фізіологічних сигналів. В роботі повідомляється про простий метод створення високочутливого та надійного ємнісного датчика тиску для вимірювання наднизьких значень тиску. Датчик складається з композитних нановолоконних сіток MXene (Ti3C2Tx) / полі (вініліденфлуорид-трифтороетилен) (PVDF-TrFE) як діелектричного шару між біосумісними електродами полі-(3,4-етилендіокситіофену) полістиролового сульфонату / полідиметилсилоксану. Зроблений датчик має високу чутливість 0,51 кПа-1 та мінімальний рівень виявлення 1,5 Па. Крім того, він дозволяє проводити лінійне вимірювання тиску в широкому діапазоні (0-400 кПа) та має високу надійність під час 10 000 циклів навіть при екстремально високому тиску (> 167 кПа). Чутливість датчика на основі нановолокон покращується завдяки нанесенню MXene, що збільшує діелектричну сталу до 40 та зменшує модуль стиску до 58% порівняно з PVDF-TrFE нановолоконними сітками в первинному стані. Запропонований датчик може бути використаний у різних медичних застосуваннях, таких як вимірювання тиску внутрішнього органу або моніторинг дихальної функції, а також у розробці носимих пристроїв для моніторингу здоров'я. Крім того, даний метод створення датчика може застосовуватись для створення інших типів нановолоконних датчиків з високою чутливістю та механічною стабільністю. Такі датчики можуть мати потенціал для застосування у біомедичній техніці, автомобільній промисловості, а також у робототехніці для контролю за тиском під час взаємодії з об'єктами.

2020

Високочутливі ємнісні датчики тиску мають великий потенціал застосування у взаємодіях людина-машина. Датчики тиску з мікроструктурним діелектричним шаром є обіцяними у таких застосуваннях завдяки своїм простим конфігураціям та швидкому часу відгуку. У даній роботі запропоновано високочутливий іонний датчик тиску з мікроструктурним діелектричним шаром. Для його створення використовувалася методика створення зразка знизу догори. Застосування мікроструктурної пам'яті полікарбонату дає змогу створювати мікроструктури конкавної менискусної форми (форма поверхні рідини, коли рідина вигинається в середину, утворюючи вглиблення), що дозволяє досягати помітної зміни ємності при застосуванні тиску. Встановлено, що даний датчик має чутливість 35,96 кПа-1, відмінну стійкість до повторних циклів тиску не менше 200 000, час відгуку 21 мс та межу виявлення 0,61 Па. Запропонований іонний датчик тиску може знайти застосування в робототехніці та людино-машинних взаємодіях, а методика створення капілярно-приводного конкавного менискусу може знайти застосування у вбудовуванній електроніці.

2020

Досліджено гнучкий ємнісний датчик тиску з високою чутливістю, створений шляхом комбінування електророзпружених волокон з полівініліденфлуориду, з домішкою BaTiO3, та мікроциліндричних структур з полідиметилсилоксану як діелектричного шару. Гнучкий електрод, створений з графену та поліімідної плівки, був зібраний в гнучкий ємнісний датчик тиску, що має форму сендвіча. Запропонований датчик може отримати більшу варіацію ємності та покращити свою чутливість за рахунок композитної деформації електророзпружених волокон та мікроциліндричної структури під тиском. Розроблений гнучкий ємнісний датчик тиску має високу чутливість 5 кПа, швидкий час реакції та час відновлення 25 та 50 мс, надзвичайно низький ліміт виявлення 0,11 Па, більше 10 000 тис. циклів стиснення/згину без зниження сигналу для високої довговічності та надійності. Результати показали, що датчики мають відмінну продуктивність та можуть застосовуватись у носимих пристроях для моніторингу пульсу та акустичного виявлення.

2020

У цій науковій роботі автори з Китаю пропонують розробити багатофункціональний ємнісний тискомір на основі розумних текстильних матеріалів для носимої електроніки. Для цього вони використовували спейсерну тканину з високою еластичністю як діелектричний шар, що дозволяє досягти швидкого часу відновлення тиску та високої стійкості до циклів. Для електродних шарів використовували пасту з срібла та одношарові вуглецеві нанотрубки, що забезпечує високу провідність та еластичність. Для практичних демонстрацій датчики тиску вбудовували у текстильні рукавички для моніторингу рухів пальців та розумні шкарпетки для аналізу ходьби під час повсякденних дій. Для покращення точності моніторингу ходьби розробили адаптивну нечітку нейронну мережу. Результати дослідження показали, що запропоновані датчики можуть бути використані в широкому спектрі носимих пристроїв для контролю рухів людини.

2020

У цій статті розглядається розробка гнучкої електроніки, що базується на різних гнучких матеріалах, таких як мідна фольга, поліімід, поліуретан, а також новий тип напівпровідникового матеріалу на основі суперконденсаторів. Запропонована двошарова давностороння структура, яка використовує принцип зміни при притисканні ємності керамічних конденсаторів. Для створення системи збору та обробки інформації використовується мікроконтролер STM32 та мікросхема FDC2214. Як суперконденсатор використовується діелектричний шар кремнезему для підвищення чутливості п'єзорезистивного сенсора. Під дією тиску діелектричний шар суперконденсатора деформується, а також змінюється пористість та провідність. На основі гнучкого конденсатора розроблено електронну шкіру, яку можна використовувати в сценаріях взаємодії людини з комп'ютером. Ця шкіра може вимірювати просторову відстань до об'єктів без прямого контакту та вимірювати дуже малу силу менше 0,1 Н. Порівняно з аналогічними сенсорами, вона має перевагу ширшої сприйнятливості та високої чутливості.

2020

У сучасних електронних пристроях все частіше використовуються датчики тиску для вимірювання фізичних рухів та механічних деформацій. Проте викликає складнощі виготовлення зручних, високочутливих та швидкореагуючих датчиків, що можуть зафіксувати фізіологічні рухи тіла людини. У даній статті було розроблено новий гнучкий ємнісний датчик тиску, який здатен вирішити цю проблему. Використано еластомерне поліуретанове каучукове волокно (TPU) як еластичну основу з срібними нанопроводами (AgNWs), щоб створити композитний діелектричний шар. Крім того, на TPU були нанесені вуглецеві нанотрубки (CNTs) як гнучкі електроди за допомогою шовкодрукування. Такий датчик може виявляти навіть найменші фізичні натиски та механічні деформації за рахунок зміни ємності. Датчик показує високу чутливість (7.24 кПа-1 в діапазоні від 9.0 × 10-3 ~ 0.98 кПа), низьку межу виявлення (9.24 Па), хорошу дихальність та швидку реакцію (<55 мс). Крім того, датчик залишається стійким після понад 1000 натискань та згинань, що демонструє його стійкість та довговічність. Даний підхід є ефективним та масштабованим методом виготовлення ємнісних датчиків тиску для електронних шкір та пристроїв для носіння.

2020

Гнучкі сенсори з можливістю дотику та дистанційного відчуття викликають інтерес у сферах електронних шкір (E-skin), інтерфейсів людина-машини (HMI) та м'якої робототехніки. Однак, залишається складним мати дистанційне відчуття і тактильну сприйнятливість в одному гнучкому пристрої, здатному до бездротового відчуття. Основуючись на краєвому електричному полі та п'єзоємнісному ефекті, розробилено комбінацію недотикового відчуття зі сприйняттям тиску в одному гнучкому дуальному ємнісному сенсорі (FDCS), який має як дистанційний, так і тактильний інтерфейс та можливість бездротового відчуття. Великомасштабні та низькобюджетні методи трафаретного друку та лазерного гравіювання використовуються для виготовлення гнучких електродів та шаблону конусоподібної форми відповідно. Завдяки стабільності провідності електродів та мікроконусоподібної діелектричної структури, FDCS демонструє дистанцію виявлення до 20 см в режимі дистанційного відчуття та розширений діапазон роботи до 200 кПа, низький межу виявлення (10,2 Па), швидкий час відгуку (90 мс) та довгу витривалість (>10 000 циклів) в режимі тиску. 64-елементна матриця тиску успішно взаємодіяла зі з'єднанням дистанційного відчуття та фактичного тиску в двох різних режимах. Результати показали, що FDCS може використовуватись для вимірювання тиску в різних застосунках, таких як протези та розумні текстильні вироби.

2020

У цій роботі представлено дизайн інтерфейсу електричного тиску, що працює на базі технології 180 нм XH018 CMOS для ємнісного датчика тиску з бездротовим живленням та передачею даних. Схема інтегрує повно-мостові випрямлячі, перемикачі контролю короткого замикання, стабілізатори напруги зі зниженим кутом нахилу, опори з практично нульовою температурною похибкою, аналоговий інтерфейс, аналогово-цифровий перетворювач зі зсувом сигналу, I2C та RC генератор. Інтерфейс має роздільну здатність 0,98 мм рт.ст. (1,4 фФ/фемтоФарад), середнє споживання енергії 7,8 мВт та точність ±3,2% в діапазоні температур від -20 до 80 ◦C, яка покращується до ±0,86% при роботі від 20 до 60 ◦C. Ємність датчика тиску перетворюється в дискретну напругу аналоговим фронтендом, а однопроменевий АЦП перетворює це значення в 11-бітові цифрові дані, які подальше конвертуються у 1 кбіт / серійні дані I2C. Бездротова передача даних здійснюється через індуктивне розсіювання за допомогою модульованого 500 кГц цифрового сигналу з АЦП. Інтерфейс живиться за допомогою індуктивного перетворювача потужності та споживає середній струм 180 мкА при напрузі живлення 1,8 В. У майбутньому планується розробка дельта-сигма АЦП * для отримання вищої роздільної здатності та використання цього інтерфейсу для мінімально інвазивних імплантабельних датчиків тиску для моніторингу тиску в легеневій артерії.
_________________________________________
* При дельта-сигмовій модуляції вхідний аналоговий сигнал порівнюється зі згенерованим внутрішнім сигналом. Результат порівняння відправляється до лічильника, де він підраховується відносно попередніх значень. За рузультатами з лічильника модулятор генерує серію бітів, які відображають рівень вхідного аналогового сигналу. АЦП дельта-сигма зазвичай має вищу точність і роздільну здатність, ніж інші типи АЦП, але має дещо більшу затримку і нижчу швидкість перетворення.

2020

У даній роботі автори з Китаю розробили текстильні ємнісні датчики зі структурою замкового стежка, які можна легко інтегрувати в будь-які області тканини. Ці датчики базуються на провідних ядерно-прядних нитках і можуть бути використані в нерегулярних областях тканини. Структура замкового стежка забезпечує легку інтеграцію датчиків на тканині в будь-якій позиції шляхом шиття. Датчики з цим новим підходом займають мало місця і не впливають на загальну м'якість тканини. Важливо, що вони демонструють хорошу чутливість, стабільність і міцність. У роботі було проведено кількісні дослідження, включаючи вимірювання ємності, відповіді на тиск, стійкості та інших параметрів. Було показано, що датчики зі структурою замкового стежка демонструють хорошу чутливість, стійкість та міцність. Ключові слова: ємнісні датчики тиску, текстильні датчики, структура замкового стежка, легка інтеграція, нерегулярні області.

2020

У статті описано розробку гнучкого ємнісного датчика тиску на основі електророзпиленої нановолоконної мембрани полііміду як діелектричного шару. Досліджено різні товщини мембрани полііміду, щоб оптимізувати діелектричний шар. Датчик з таким діелектричним шаром має високу чутливість 2,204 кПа^-1 в широкому діапазоні від 3,5 до 4,1 Па, низький мінімальний поріг виявлення 3,5 Па та добру циклічну стабільність 10 000 циклів. Датчик може точно виявляти силу тиску та ідентифікувати ковзання об'єктів, моніторинг динамічних змін ємності елементів. Розроблений датчик може бути використаний для моніторингу здоров'я та інтелектуальних роботів.

2020

Метод селективного лазерного спікання (SLS) є бажаним для створення сенсорів для виявлення руху людини, оскільки дозволяє виготовляти складні форми з різних матеріалів. Проте, основною проблемою ємнісних сенсорів з використанням SLS є підготовка матеріалу, який був би одночасно гнучким і провідним. У даному дослідженні для виготовлення сенсорів тиску застосовували вуглецеві нанотрубки (CNT) як провідний нанонаповнювач, розподілені в гнучкій поліуретановій матриці (TPU). Оброблено вуглецеві нанотрубки (CNTs) за допомогою кислотної обробки та механічного подрібнення, а потім використано для створення композитів TPU/CNT. Проаналізовані зміни у функціональних групах на поверхні CNTs, які попередньо оброблялися сумішшю концентрованих кислот, та як різна кількість CNTs впливає на їх дисперсію у матриці TPU після механічного подрібнення. Встановлено оптимальний температурний інтервал попереднього нагріву та температури обробки для композитного порошку TPU/CNT, проведено селективне лазерне спікання матеріалів з різною кількістю CNT та досліджено електропровідність та п'єзорезистивність. Порівняння композитів з різною кількістю CNTs показало, що вміст CNT 0,25% дозволяє досягти перколяційного порогу (мінімальна концентрацію наповнювача CNT для створення електричного контакту спершу ізольованих частинок і отримання провідного матеріалу). Отриманий датчик виявляє чутливість до тиску в діапазоні 17-240 кПа з високою чутливістю 0,12-0,549 кПа-1. Для отримання кращих результатів потрібен пошук оптимальної комбінації таких факторів як параметри процесу та післяобробки.

2021

Створено гнучкий ємнісний датчик тиску з пористим (PDMS-DIW) діелектричним шаром, що працює в широкому діапазоні тиску від 1 Па до 100 кПа. Чутливість датчика з PDMS-DIW значно покращилась порівняно з датчиком зі шаром тільки з PDMS. Датчик показує чутливість 1.7 E−3 кПа−1 в діапазоні тиску 1-5 Па, 0.068 кПа−1 в діапазоні тиску 10-50 Па, 0.095 кПа−1 в діапазоні тиску 100-500 Па та 1.4 E−3 кПа−1 в діапазоні тиску 5-30 кПа. Датчик зберігає стабільність при довготривалих вимірюваннях тиску та швидко реагує під час завантаження/розвантаження мертвої ваги з часом реакції та відновлення близько 110 мс. Завдяки покращеній чутливості та швидкій реакції, був використаний NIBP-аналізатор (прилад для неконтактного вимірювання артеріального тиску, Non-Invasive Blood Pressure Analyzer) для виявлення коливальної форми відомих систолічного та діастолічного тиску. Розроблений датчик демонструє потенціал для використання як компонент пристрою для здоров'я людини та гнучкого електронного пристрою.

2021

У статті представлено розробку енергогенеруючої електронної шкіри з вбудованими сенсорами, яка може детектувати багато параметрів, таких як відстань, розташування предмету та оцінка форми без дотику до шкіри. Розроблено матричну систему, що включає розподілену мініатюрну сонячну батарею та інфрачервоні світлодіоди (IRLED), встановлені на еластичній основі. Дана система може функціонувати в режимі детектування тіні, а також в режимі виявлення наближення. Враховуючи сучасні вимоги енергоефективності, веб-камери, батареї, актуатори та датчики, підключені до роботів, стануть необхідними для довготривалої роботи в несприятливих умовах. Отже, ця нова парадигма розробки гнучкої електронної шкіри підвищує її можливості та розширює застосування сонячної енергії не лише для виробництва енергії, а й для використання в ролі сенсорів дотику. У статті описано створення енергогенеруючої електронної шкіри (eSkin), що здатна здійснювати інтегральні тактильні відчуття без використання сенсорів. Шкіра містить матрицю мініатюризованих сонячних елементів та інфрачервоних світлодіодів (IRLEDs) на еластомерному основі. За допомогою сонячних елементів та IRLEDs шкіра може виявляти різні параметри, такі як відстань до об'єкта, розташування, різницю відтінків тощо. Шкіру також вдалося застосувати як детектор тіні/темряви та для виявлення близькості. З поверхні шкіри однієї долоні можна зібрати енергію 383,6 мВт, і така шкіра може генерувати більше 100 Вт, якщо вона розташована на всьому тілі (площа ~1,5 м²). Крім того, електронна шкіра дозволяє встановити безпечну взаємодію між людиною та роботом, що робить її перспективною в застосуванні робототехніки. Робота демонструє, що принцип роботи сонячних елементів може бути використаний не лише для генерації енергії, але й для вимірювання інших параметрів, в тому числі для виконання функції сенсорів.

2021

Представлено порівняльне дослідження характеристик вимірювання вологості трьох нових матеріалів для сенсорів. Ці матеріали використовуються в якості матриці кератинової вовни та її композитів, а саме кератин/1% графеноксид та кератин/1% вуглецеві волокна. Композитні плівки були підготовлені простим методом змішування розчинів. Дослідження властивостей сенсорів проводилися в широкому діапазоні відносної вологості від 16% до 92% при кількох частотах випробувань та кімнатній температурі. Експериментальні результати показали, що ємність виготовлених сенсорів збільшується зі зміною відносної вологості в діапазоні від 16% до 92% RH. Сенсор вологості на основі кератин/1% CF композиту проявляв високий рівень чутливості у порядку 633,12 пФ / % RH, малий значення гістерезису та швидкий час відгуку / відновлення порівняно зі сенсорами вологості на основі матриці кератину та на основі кератин/1% GO. Дослідження механізму вимірювання вологості проводили за допомогою комплексної імпедансної спектроскопії. Встановлено, що поведінка іонної провідності генерується легше у кератин/1% CF, ніж у кератин/1% GO та сенсорів вологості на основі матриці кератину. Отже, результати дослідження підтримують використання біополімерів кератину та їх композитів в пристроях носимої електроніки, пакувальних матеріалах та сенсорах.

2021

У даній науковій роботі автори з Кореї представили новий гнучкий та носимий датчик тиску на основі вуглецевого тканинного матеріалу з використанням пористого діелектричного шару з нахиленими повітряними проміжками. Дослідження проводилися з метою розробки датчика тиску з високою чутливістю, стабільністю, реверсивністю та біокомпатибільністю. Для досягнення цих цілей використовувалися методи карбонізації, термічної обробки, та методу шаблонування частинок. Отримані результати показали, що запропонований датчик має чутливість 24,5 . 10,3 кПа.1 при 100 кПа, широкий діапазон виявлення 1 МПа, високу гнучкість, стійкість, швидкий час відгуку та відновлення. Датчик може бути використаний в різних сферах, зокрема в медичному моніторингу та робототехніці.

2021

У роботі створено мультифункціональну електронну шкіру (e-Skin), що містить стеки сенсорів тиску та температуру. Шар сенсорів тиску складається з матриці 8х8 ємнісних сенсорів на основі м'яких еластомерів як діелектричного середовища, а шар температурних сенсорів складається з матриці 4х4 провідних полімерних резистивних сенсорів на основі провідних полімерів. Розроблено три варіанти ємнісних тиском сенсорів з використанням двох різних діелектричних матеріалів (PDMS та Ecoflex), щоб знайти найкращу комбінацію продуктивності та м'якості. Найбільш чутливий (~4,11% кПа-1) при низьких тисках (<1 кПа) був сенсор тиску на основі Ecoflex, а високочутливим (~2,32% кПа-1) при високих тисках (>1 кПа) був сенсор тиску на основі PDMS. Два варіанти температурних сенсорів виготовлені з використанням композитів провідних полімерів CNT та CNT & PEDOT:PSS, та порівнювали їх ефективнісь. На кінець, був інтегрований високочутливий температурний сенсор на основі CNT+PEDOT: PSS, що був розміщений на верхньому шарі ємнісного сенсора тиску на основі PDMS для створення прототипу e-Skin. Результатом є можливість e-Skin виявляти тиск більше 10 кПа з високою чутливістю (~2,32% кПа-1 при 1 кПа) та температуру з чутливістю ~0.64 (%)/(ºC) до 80ºC, що демонструє високий потенціал для застосування в робототехніці, медицині, спортивних вимірюваннях та інших областях, де необхідно вимірювати тиск та температуру в реальному часі. Крім того, ємнісні сенсори тиску можуть допомогти в розробці нових технологій взаємодії людини з різноманітними пристроями, наприклад, біометричних систем для розпізнавання осіб або роботів зі штучним інтелектом для розуміння людської мови та жестів.

2021

Розроблено новий гнучкий ємнісний датчик тиску з високою чутливістю, який складається з двошарової діелектричної структури з електрофільних волокон PVDF та мікроциліндрів з PDMS. Дослідження було проведено з метою покращення чутливості датчиків тиску, яка є ключовим параметром, що безпосередньо впливає на їхню ефективність. Для виготовлення датчика було використано простий, швидкий, недорогий та контрольований метод мікроструктурування, який не потребував складного та дорогого обладнання. Запропонований датчик може ефективно виявляти зміни ємності, аналізуючи зміни в структурі волокна та мікроциліндра при стисненні. Він має високу чутливість 0,6 кПа-1, швидкий час реакції 25 мс, надзвичайно низький ліміт виявлення 0,065 Па та високу довговічність та надійність без будь-якого зниження сигналу до 10000 циклів навантаження-розвантаження та до 5000 циклів згину-розгину. Датчик успішно використовувався для вимірювання фізіологічних та рухових сигналів, таких як пульс, дихання та акустичні коливання у людей, що свідчить про його потенціал для використання в носимих пристроях. Датчик також успішно використовувався для визначення форми об'єктів за їхньою ємнісною відповіддю. Отже, запропонований гнучкий ємнісний датчик тиску з двошаровою діелектричною структурою має великий потенціал для використання в носимих пристроях, інтерфейсах людина-машина та гнучких сенсорних екранах.

2021

Досліджено зразки полі(вініліденфлуорид-трифлуороетилен-хлорофлуороетилену), P (VDF-TrFE-CFE), отримані методом лиття з розчину при зміні концентрації полімеру та температури випаровування розчинника. В залежності від умов обробки отримано різні морфології зразків та різні фізико-хімічні властивості, такі як ступінь кристалічності, механічні та діелектричні властивості. З іншого боку, вміст електроактивної β-фази та температура деградації зразків P (VDF-TrFE-CFE) не залежать від умов обробки. Найвища діелектрична стала ε' = 40 отримана для зразків з концентрацією полімеру у розчинах 15 ваг. % та умовах обробки, заснованих на випаровуванні розчинника та плавленні полімеру при 210 °C. Розроблені ємнісні датчики тиску та згину з високою чутливістю (0,03 кПа-1). Розроблені матеріали були оцінені для використання у датчиках згину та вимірюванні сили. Розроблені плівки P (VDF-TrFE-CFE) підходять для нового покоління багатофункціональних матеріалів для ємнісних датчиків, включаючи датчики тиску та деформації та сенсори дотику.

2021

Композитний матеріал полідиметилсилоксану (PDMS) і частинок титанату кальцію міді (CCTO) продемонстрував унікальні властивості для виготовлення датчиків тиску/сили. PDMS — це часто використовуваний гнучкий еластомер, тоді як частинки CCTO мають високу діелектричну проникність. Для підвищення чутливості ємнісних датчиків досліджено різні мікроструктури, але виготовлення мікроструктур у PDMS було складним завданням, що вимагає спеціального обладнання або небезпечних хімікатів. У цій роботі метод екстракції використовувався для виготовлення пористих мікроструктур PDMS з кількома порами. Досліджено вплив різної пористості та розміру пор на чутливість ємнісних датчиків тиску. Отримана пориста мембрана CCTO-PDMS може діяти як надчутливий широкодіапазонний малий ємнісний датчик тиску, а пориста структура з певною пористістю може компенсувати зниження відносної діелектричної проникності. Спосіб приготування пористої мембрани CCTO-PDMS простий і може бути використаний для виготовлення інших композитних пористих плівок PDMS.

2021

Огляд. Аналізуються можливості використання електророзпилення нановолокон для створення м'яких електронних пристроїв. Вони надають огляд структури та властивостей нановолокон, а також стратегії збирання для створення гнучких та розтягувальних електронних пристроїв. Описано шість стратегій для проектування м'яких електронних пристроїв, серед яких використання окремих нановолокон та зібраних нановолокон. Також наведено приклади застосування електророзпилення для створення гнучких та розтяжних провідників, прозорих електродів, датчиків напруги та тиску, суперконденсаторів, батарей та транзисторів. Далі автори розглядають останні досягнення в дизайні та виготовленні різних електронних пристроїв, таких як провідники, сенсори, пристрої для збору та зберігання енергії та транзистори. На основі проведених досліджень автори роблять висновки та пропонують декілька напрямків для подальших досліджень. Автори зазначають, що м'які електронні пристрої здобувають все більшу популярність завдяки своїм перевагам, таким як тонкість, легкість, гнучкість, розтягуваність та сумісність з органічними тканинами. Для їх виготовлення використовуються різні наноматеріали, включаючи нановолокна, які мають високу поверхню та електричні властивості. Електророзпилення є ефективним та економічним методом для виготовлення нановолокон з різними властивостями. Описано процес електророзпилення та параметри, які впливають на структуру та властивості нановолокон. Розглянуто різні стратегії збирання нановолокон для створення різних електронних пристроїв. Представлені останні досягнення в дизайні та виготовленні різних електронних пристроїв, таких як провідники, сенсори, пристрої для збору та зберігання енергії та транзистори. Наводені приклади різних пристроїв та описано їх властивості та можливості застосування. Для подальшого розвитку м'яких електронних пристроїв необхідно розв'язати деякі проблеми, такі як виготовлення нановолокон з органічних та провідних полімерів, покращення їх гнучкості та розтягуваності та розробка нових методів збирання пристроїв, виготовленням пристроїв на основі нановолокон та збирання, а також інтеграцією в систему. Автори вважають, що поєднання різних компонентів може привести до створення нових м'яких електронних систем, які знайдуть своє застосування в різних галузях.

2021

Недавні досягнення досліджень ємнісних датчиків тиску для гнучких пристроїв привели до перспективних застосувань, таких як виявлення стану здоров'я людини та інтелектуальна робототехніка. Однак досягнення балансу між чутливістю та лінійним діапазоном виявлення тиску залишається викликом. У цій роботі створена конструкція купольної структури з подвійним провідним шаром (DCLD), де шар нанопровідника срібла (Ag) використовується як високопровідний шар, а композитний шар з наночастинками вуглецю та полідиметилсилоксану (CPDMS) служить як низькопровідний шар. Конструкція DCLD виготовляється за допомогою процесу нанесення методом царапання, далі занурення та вакуумної адсорбції. Завдяки подвійному провідному дизайну чутливість датчика DCLD досягає 51,7 кПа на величезному діапазоні тиску від 0,01 до 250 кПа, що значно перевершує CPDMS купольну конструкцію з одним провідним шаром (SCLD). Моделі схем DCLD та SCLD запропоновані для розкриття їх робочого механізму. Досліджено вплив співвідношення наночастинок вуглецю в CPDMS та структурної відповідності між конструкцією DCLD та електродом на характеристики датчика. Також порівняно довгострокову стабільність датчиків DCLD з різними методами виготовлення. Крім того, доведено, що датчик ефективний при моніторингу руху людини, такого як згину з'єднання пальців, биття пульсу та рухів тіла, що робить його корисним для використання в медичних пристроях та робототехніці. Дослідження показали, що конструкція DCLD має високу чутливість, широкий діапазон вимірювання тиску, довгострокову стабільність та ефективність в застосуванні. Проте, існує можливість подальшого вдосконалення датчиків шляхом оптимізації співвідношення наночастинок в CPDMS та розробки нових методів виготовлення конструкцій, що можуть поліпшити їх характеристики та розширити можливі застосування.

2021

Розробка ємнісних датчиків із регульованим проміжком між двома електродами викликає зростаючий інтерес, оскільки може вирішити проблему конкуренції ресурсів за досягнення високої чутливісті та широкого робочого діапазону автономного датчика. Хоча розроблено кілька підходів для виготовлення регульованих ємнісних датчиків, досягти одночасного широкого діапазону регульованої чутливості та робочого діапазону в одному пристрої залишається складним завданням. В роботі розроблено та виготовлено ємнісний 3D сенсор, що використовуе принцип важеля-балансира (гойдалки) для вимірювання сили. Сенсор має широкий діапазон налаштування чутливості (~33 рази) та високу точність вимірювання сили (~5.22 нН). Застосування асиметричної конфігурації балансування дозволяє вимірювати прискорення з налаштуванням чутливості. Завдяки контрольованому стисканню під час збірання, механічна конфігурація сенсора є налаштовуваною, що забезпечує його стабільність та надійність при використанні. Такі сенсори можуть використовуватись в біомедичних пристроях та електроніці для одягу. Описано раціональні конструкції, що базуються на FEA та теоретичні моделі, які дозволяють швидко та зворотньо переключати 3D конфігурації ємнісних датчиків між різними робочими станами з контролем навантаження на еластомерну підкладку. Комбіновані обчислювальні та експериментальні дослідження показали ефективність виготовлених 3D ємнісних сенсорів.

2021

У даній статті автори з Китаю представили новий гнучкий тонкий ємнісний датчик тиску на основі дихальної мікропатернованої нановолоконної діелектричної мережі з двома електродами на основі срібних нанопровідників. Датчик має високу чутливість, тонкість та повітропроникність, що робить його ідеальним для використання в електронних шкірних пристроях для моніторингу фізіологічної активності. Датчик показав високу чутливість 8,31 кПа, низький ліміт виявлення 0,5 Па та широкий діапазон виявлення від 0,5 Па до 80 кПа. Він також має відмінну довговічність та може виявляти просторовий розподіл тиску з високою роздільною здатністю. Датчик може бути використаний для виявлення рухів тіла, моніторингу дихання та м'язової активності, а також для розпізнавання тиску на кінчиках пальців. Високі технічні характеристики датчика роблять його перспективним для використання в м'якій роботиці та медицині.

2022

Огляд. Датчики тиску на основі електричної трансдукції, а саме опору, ємності, п’єзоелектричні та трибоелектричні датчики тиску, глибоко вкорінені в різних застосуваннях. Датчики тиску опору та ємності широко використовуються в системах вимірювання тиску, дотику та тактильних датчиків завдяки простому зчитуванню вихідного сигналу та малому форм-фактору. У той час як п’єзоелектричні та трибоелектричні датчики використовуються в програмах динамічного вимірювання тиску. Крім того, останні два датчики також використовуються для генерації електричного потенціалу. Останнім часом багато дослідників вивчають можливості цих датчиків для біомедичних застосувань, таких як моніторинг життєво важливих показників, а також мови тіла та рухів. Життєві ознаки дають інформацію про стан гомеостазу, який є важливим для людського організму. Температура тіла (BT), частота серцевих скорочень (HR), артеріальний тиск (AT), частота дихання (RR), насичення киснем (OSat) і електролітний баланс підтримують гомеостаз. Датчики тиску на основі паралельних пластинчастих конденсаторів (PPC) ширше застосовуються в моніторах життєво важливих функцій, ніж архітектура з міжпальцевими конденсаторами (IDC). Для підвищення чутливості, швидкості відгуку та робочого діапазону датчиків PPC широко вивчається мікроструктура поверхні та пористі мікроструктуровані діелектричні сендвіч-матеріали. Серед цих двох пористі мікроструктуровані сендвіч-шари були піддані підвищеній чутливості та широкому робочому діапазону. Було розглянуто нещодавню літературу про датчики PPC на основі пористих діелектричних сендвіч-шарів і ключові моменти. Багато звітів показують, що пористі діелектричні датчики PPC демонструють високу чутливість завдяки одночасній модифікації значень A, d і ε під зовнішніми подразниками. Крім того, обговорювалися проблеми у відтворюваності даних, конструкції датчика, об’ємі пористості, вартості датчиків та іонних пористих діелектричних матеріалів.

2022

Огляд. Гнучкі керамічні волокна (FCF) були розроблені для різноманітних розширених застосувань завдяки їх чудовій механічній гнучкості, стійкості до високих температур і чудовій хімічній стабільності. У цій статті ми представляємо огляд останніх досягнень FCF з точки зору матеріалів, методів виготовлення та застосувань. Ми починаємо з короткого вступу до FCF та матеріалів для підготовки FCF. Після цього обговорюються різні методи приготування FCF, включаючи відцентрове прядіння, електроформування, прядіння з роздувом розчину, самоскладання, хімічне осадження з парової фази, атомарне шарове осадження та перетворення полімерів. Далі детально проілюстровано останні застосування FCF у різних сферах, включаючи теплоізоляцію, фільтрацію повітря, очищення води, звукопоглинання, поглинання електромагнітних хвиль, сепаратор батарей, каталітичне застосування тощо. Нарешті, висвітлено деякі перспективи щодо майбутніх напрямків і можливостей для підготовки та застосування FCF. Ми передбачаємо, що цей огляд надасть читачам деякі значущі вказівки щодо підготовки FCF і надихне їх досліджувати більше потенційних застосувань.

2022

Високочутливі ємнісні датчики тиску з широким діапазоном виявлення необхідні для таких застосувань, як інтерфейси людина-машина, електронна шкіра в робототехніці та моніторинг здоров’я. Однак досягти високої чутливості та широкого діапазону виявлення одночасно складно. Представлено інноваційний підхід до отримання високочутливого ємнісного датчика тиску шляхом впровадження проміжного шару нанодроту з оксиду цинку (ZnO NW) на межі полідиметилсилоксан (PDMS)/електроди в традиційній архітектурі метал-ізолятор-метал. Проміжний шар ZnO NW значно підвищив продуктивність із приблизно в 7 разів вищою чутливістю (від 0,81% кПа−1 до 5,6452% кПа−1 у діапазоні низького тиску 0-10 кПа) порівняно зі звичайними ємнісними датчиками, які мають лише PDMS як діелектрик. Поліпшення чутливості пояснюється покращеним розподілом зарядів і генерацією електричного диполя внаслідок зміщення Zn+ і O− під прикладеним тиском. Крім того, досліджено орієнтацію NW ZnO та їх розміщення між електродами, що включає вертикальні або горизонтальні NW поблизу електродів, розміщення третього прошарку NW ZnO в середині діелектричного PDMS та введення повітряного зазору між ZnO NW/електродом. Серед різних комбінацій введення повітряного зазору між електродом і прошарком ZnO NW виявило значне покращення продуктивності пристрою з ~50-кратним підвищенням у діапазоні низького тиску (0-10 кПа) і більш ніж у 200 разів при високому - діапазон тиску (10-200 кПа), в порівнянні зі звичайним датчиком тиску на основі PDMS.

2022

Прості у використанні багатофункціональні пристрої, які можна носити, без дротів, потрібні для моніторингу здоров’я в режимі реального часу з комфортом користувача. Тут представлено резонансний бездротовий датчик тиску на основі індукторно-конденсаторного бака, нанесений трафаретним друком на гнучку, біосумісну та п’єзоелектричну підкладку на основі нановолокон із полі-L-лактиду (PLLA). Друкований резонансний резервуар (резонансна частота ≈13,56 МГц) складається з планарного індуктора, з’єднаного паралельно міжштирьковим конденсатором. Ємність конденсатора зі штифтами на п’єзоелектричній підкладці змінюється залежно від прикладеного тиску. В результаті резонансна частота змінюється, і резервуар LC працює як бездротовий датчик тиску. Датчик продемонстрував високу чутливість 0,035 кПа-1 і 1200 Гц кПа-1 в бездротовій роботі з чудовою довговічністю (понад 1800 циклів). Чутливість є найвищою (в 1,75 раза вище) серед друкованих бездротових датчиків тиску, про які повідомлялося досі. Нарешті, представлений датчик тиску на основі LC-цистерни інтегрований у компресійну пов’язку, щоб продемонструвати його потенційне використання в онлайн-моніторингу тиску під пов’язкою. Застосування оптимального тиску пов’язкою разом із електроцевтичним устроєм, що сприяє п’єзоелектричній підкладці PLLA, може прискорити регенерацію клітин і, отже, загоєння ран.

2022

Огляд. Розглянуто використанню безсвинцевих галоїдних перовськітних матеріалів для вимірювання вологості. Зроблено вичерпний опис механізмів, що лежать в основі, і характеристик транспортування заряду, необхідних для повного розуміння продуктивності зондування. Представлено міркування і потенційні рекомендації щодо створення нових безсвинцевих датчиків на основі перовськітної наноструктури. Розглядаються імпедансні (резистивні) та ємнісні датчики вологості, які є найбільш придатними та поширеними в передових застосуваннях, таких як лабораторні дослідження чи автоматизовані галузі. Цікаво, що резистивні датчики працюють за тим же принципом, що й ємнісні датчики, вимірюючи електричні зміни, щоб отримати значення відносної вологості. Ємнісні вимірювання частіше використовуються в літературі, оскільки вони більш стабільні при зміні температури та вологості, ніж резистивні вимірювання. Ємнісні датчики більш точні та стабільні, ніж резистивні датчики, що робить їх більш ідеальними для медичних застосувань, де точність має вирішальне значення. Датчики вологості на основі плівки використовуються частіше через їх низьку вартість, гнучкість конструкції та швидку швидкість осадження. Напівпровідникові датчики на основі оксиду металу та на основі оксиду металу/полімеру, які в основному виготовляються з використанням методів осадження товстої плівки та тонкої плівки, виділяються серед різних типів датчиків вологості завдяки широкому діапазону опцій чутливих елементів, можливостям постобробки та чудовій реакції. Дослідження синтезу та використання безсвинцевих галогенідів металів перовскітів, таких як Cs2BX6 або Cs2B"B'X6 і Cs2InX5.H2O, повинні бути пріоритетними як життєздатна альтернатива іншим галогенідам металів і оксидам перовскітів з меншою стабільністю та більшою ефективністю. Нанокристалічний свинець, композиції без перовськіту з керамікою, полімерами або керамікою/полімерами можуть значно покращити показники вимірювання вологості.

2022

Огляд. У цьому огляді підсумовано нещодавній прогрес у розробці високоефективних діелектричних композитів для зберігання та перетворення енергії. Обговорюються переваги та обмеження теоретичних методів розрахунку, таких як кінцевий елемент, модель фазового поля та методи машинного навчання, для розробки високоефективних діелектричних композитів. Огляд також розглядає нові методи виготовлення діелектричних композитів, включаючи 3D-друк, електроформування та холодне спікання, а також висвітлює проблеми та можливості майбутніх досліджень. Діелектричні композити пропонують явну перевагу гнучкості дизайну перед іншими матеріалами та зазнають швидкого зростання в останні роки. Потрібні значні зусилля для розуміння зв’язку між структурою та властивостями, продуктивності та процесу виготовлення діелектричних композитів для розробки композитів з високоефективними багатофункціональними властивостями. Майбутні дослідження мають бути зосереджені на екологічно чистих та стійких матеріалах для проектування композитів, беручи до уваги структуру, хімічний склад, електричні та механічні параметри фаз наповнювача та матриці, а також міжфазні ефекти. Крім того, високоефективні конденсатори та високоефективні охолоджувачі з високою температурною стабільністю користуються попитом для вирішення обмежень енергетичних пристроїв і систем з високими робочими температурами. Нарешті, очікується, що новітнє машинне навчання та високопродуктивні обчислення фазового поля прискорять розробку та відкриття діелектричних композитів, які відповідають цільовим вимогам щодо властивостей.

2022

Останнім часом гнучкі пристрої, які можна носити, привертають увагу. Порівняно з іншими типами датчиків тиску, ємнісні датчики тиску забезпечують більше переваг, включаючи просту конструкцію, високу стабільність і надійність, а також менше енергоспоживання. У цьому дослідженні запропоновано гнучкі ємнісні датчики тиску з подвійним діелектричним шаром пористої мікростілкової композитної структури з полідиметилсилоксану (PDMS) як діелектричний шар. Для подальшого підвищення чутливості частинки титанату барію (BT) були змішані в PDMS через їх високу відносну діелектричну проникність. Крім того, аналіз скінченних елементів (FEA) використовувався для моделювання зсуву шару діелектрика під дією зовнішнього тиску. Результати моделювання FEA показали, що запропонована структура діелектричного шару може ефективно підвищити чутливість гнучкого ємнісного датчика тиску. Крім того, гнучкий ємнісний датчик тиску демонструє чудову продуктивність із високою чутливістю 7,847 кПа, низькою межею виявлення 0,21 Па та швидким відгуком і часом спрацьовування 20 мс та 25 мс. Розроблені датчики мають чудову здатність сприймати та можуть широко застосовуватися для моніторингу серцебиття, вимірювання руки робота, вимірювання висоти підлоги, визначення ваги об’єктів і моніторингу охорони здоров’я в реальному часі.

2022

У цьому дослідженні представлено новий високочутливий гнучкий ємнісний датчик тиску, який поєднує волокна електропрядіння з полівініліденфториду, леговані BaTiO3, і мікроциліндричні структури з полідиметилсилоксану як діелектричний шар. Гнучкий електрод із плівки графен/PI був зібраний у структуру, подібну до сендвіча, що призвело до створення датчика з більшою кількістю варіацій ємності та покращеної чутливості завдяки деформації композиту під тиском. Датчик має високу чутливість 5 кПа, наднизьку межу виявлення 0,11 Па та швидкий час відгуку та спрацьовування 25 та 50 мс відповідно. Датчик також пройшов понад 10000- та 5000-кратні циклічні випробування на стиснення/згинання без будь-якого ослаблення сигналу, що свідчить про високу довговічність і надійність. Розроблений метод виготовлення діелектричного шару з використанням полівініліденфторидних електропрядових волокон, легованих BaTiO3, і мікроциліндричних структур із полідиметилсилоксану є економічно ефективним, займає велику площу та може виготовлятися у великих кількостях. Метод досягається методами електропрядіння та лиття, без необхідності використання складного та дорогого обладнання. Роботу датчика перевіряли для моніторингу пульсу, виявлення акустичної вібрації, моніторингу дихання та моніторингу рухів тіла в реальному часі. Датчик було успішно інтегровано в роботузовану руку як електронну оболонку для захисту безпеки через самовідключення за допомогою сенсорного датчика. Це дослідження сприяє покращенню мікроструктури діелектричного шару, покращенню продуктивності сенсора та його застосуванню в різних сферах, включаючи біосенсори, носимі пристрої та співпрацю людини і машини.

2022

Електрогідродинамічний (EHD) метод підготовки мікронановолокон має кілька переваг у надчутливому виявленні. Однак EHD у дальньому полі страждає від нестабільності струменя, що обмежує його застосування. Щоб вирішити цю проблему, ми згенерували одноструменеве осадження вирівняних волокон шляхом створення допоміжних електричних полів і розробки структури на основі великих альвеолярних глибоких зубних електродів (LADT) з орієнтованою мембраною з термопластичного поліуретану (TPU). Орієнтована волокниста мембрана діє як ізоляційний шар, контролюючи утворення подвійних електричних шарів шляхом регулювання площі контакту між зубчастими електродами та поліелектролітною мембраною. Підвищення тиску на електроди LADT з великою глибиною альвеол збільшує контакт поверхні бічної стінки та розширює діапазон регулювання ємності. Нам вдалося досягти надширокого лінійного діапазону (1,1–100 кПа) із надвисокою чутливістю 230 кПа-1 шляхом постійного регулювання ємності датчика тиску через орієнтовану волоконну мембрану.

2023

Огляд. У цьому розділі наведено огляд трьох типів датчиків вологості MEMS: ємнісних, п’єзоелектричних і резистивних датчиків. Ємнісні датчики використовують зміну діелектричної проникності чутливого матеріалу, тоді як п’єзоелектричні датчики вимірюють зсув резонансної частоти для визначення вологості. Резистивні датчики виявляють зміну вологості шляхом вимірювання зміни питомого опору. Як правило, ємнісні датчики мають вищу лінійність, більш швидкий відгук і температурну компенсацію, але вони чутливі до газових забруднень порівняно з резистивними датчиками. П'єзоелектричні датчики не вимагають зовнішнього джерела живлення, на відміну від ємнісних і резистивних датчиків. Резистивні датчики менш дорогі у виробництві та мають простішу схему зчитування порівняно з двома іншими типами.

2023

Розроблено гнучкі ємнісні датчики тиску на основі висококонцентрованого електрода з пористого полімеру, з домішкою вуглецевих нанотрубок (ВНТ), та ультратонкого пористого діелектричного шару з полівініліденфлуориду (ПВІДФ). Датчик показує високу чутливість протягом широкого діапазону тиску (1,033 кПа в межах 0–1 кПа, 0,72 кПа в межах 1–5 кПа, 0,34 кПа в межах 5–10 кПа та 0,23 кПа в межах 10–30 кПа), дякуючи постійним змінам контактної площі між пористим електродом та діелектричним шаром, а також більшій відстані між ними. Датчик відрізняється від інших традиційних ємнісних датчиків тиску, які зазвичай використовують повітряний зазор або діелектричні константи для налаштування його характеристик. Досліджено вплив співвідношення домішки ВНТ, товщини діелектричного шару та товщини пористого електрода на ємнісні характеристики датчика. Основне розуміння механізму відгуку датчика отримано за допомогою аналізу методом скінченних елементів та спрощених аналітичних моделей. Ємнісний датчик продемонстрував свою придатність для моніторингу фізіологічних сигналів, таких як пульс артерії та активація м'язів, що свідчить про його потенціал в галузі носимої медичної техніки.