A hordozható és hordható elektronikus eszközök megjelenése teljesen forradalmasította a társadalmat. A hordozható elektronikus eszközök, például a mobiltelefonok, laptopok és okosórák megkönnyítik az emberek életét. Azonnal csatlakozhat, és internetes videohívásokon keresztül élőben láthatja közeli ismerőseit vagy barátait a világ másik sarkában. Korábban a szilícium alapú félvezetőipar nagy szerepet játszott az elektronikai és információs ipar fejlődésében.
Az olyan új technológiák megjelenésével azonban, mint a dolgok internete (IoT), a mesterséges intelligencia, az egészség távfelügyelete, az okosotthonok, az ember-gép interakció stb., a hagyományos szilícium-alapú ipar új kihívásokkal néz szembe.
Napjainkban a hordható elektronika, integrált mechanikai rugalmassággal és elektronikus funkcionalitással, figyelemre méltó fejlődést és fejlődést mutatott a hagyományos szilícium alapú merev elektronikához képest.
A legújabb anyagtudományi kutatások révén akár olyan elektronikus áramkörök gyártására is lehetőség nyílik, amelyek nemcsak rugalmasak, hanem nyújthatóak is, így szélesebb körben használhatók fel.
A rugalmas és hordható elektronikai eszközök széles körben elterjedtek az orvosi és egészségügyi iparban. A mesterséges intelligencia és a dolgok internete (IoT) technológiai fúziója révén orvosi elektronikai eszközökkel, például szenzorokkal, aktuátorokkal stb. lehetővé vált a betegek távoli mérése és elemzése, valamint a kívánt ellátás és kezelés biztosítása.
Mivel a rugalmas és nyújtható orvosi eszközök, szenzorok a testet vagy a célszervet körültekerhetik és a kívánt formát felvehetik, az általuk végzett mérések meglehetősen pontosak.
Ezek a rugalmas érzékelők több betegadat mérésére is használhatók, például pulzusszám, vérnyomás, légzésszám, pH, glükózszint, hőmérséklet, izzadság, nyál stb., és segíthetik az egészségügyi szakembereket a korai diagnózisban.
A nem flexibilis szenzorokat is korábban fejlesztették és szilíciumot használnak szubsztrátumként, de merevségük miatt nem tudják pontosan mérni a fiziológiai paramétereket.
A rugalmas érzékelő réteges szerkezetű, ahol az alsó réteg rugalmas polimer anyagból készült hordozó. Az érzékelők gyártásához általánosan használt hordozóanyag a polietilén-tereftalát (PET), poliimid (PI), polidimetil-sziloxán (PDMS), polipirrol, indium-ón-oxid (ITO) film stb.
A szubsztrátrétegen kívül az érzékelőnek két elektródarétege van, egy felső elektródaréteg és egy alsó elektródréteg, amelyek az elektromos jelet az érzékelőbe vagy onnan kivezetik.
Az elektródarétegek is úgy vannak megválasztva, hogy a hordozóréteghez hasonlóan teljes rugalmasságot biztosítsanak. A hajlékony érzékelő elektródáinak előállításához általánosan használt anyagok a vezető polimerek, ezüst (Ag) nanohuzalok, valamint arany, réz vagy ezüst fémháló.
Az érzékelő legfontosabb rétege az aktív réteg, amely az érzékelő közepén helyezkedik el. Az aktív réteg anyaga az érzékelő típusától függ, vagyis hogy nyomásérzékelő, biokémiai érzékelő, hőmérsékletérzékelő, erőérzékelő stb.
Ha az érzékelő nyomásérzékelő, akkor az aktív réteghez használt anyag piezoelektromos anyag lehet, amely az emberi rezgések, pulzus, szívverés stb. formájában megjelenő mechanikai energiát elektromos jellé alakítja.
Hasonlóképpen, ha az érzékelő a hőmérséklet-érzékelő, akkor az aktív réteg anyaga termoelektromos anyag. Rugalmas érzékelőben az aktív réteg anyagát is úgy választják meg, hogy az kellő rugalmasságot mutasson és sérülés nélkül támogassa a mechanikai hajlítást.
A rugalmas nyomásérzékelők általában polivinilidén-fluoridot (PVDF), ZnO-t, P (VDF-TrFR) stb. alkalmaznak piezoelektromos aktív rétegként, amelyek a kívánt rugalmassággal rendelkeznek.
Különböző technikákat fejlesztettek ki a hordható és rugalmas érzékelők gyártására. Az érzékelők gyártásához használt technikák közül néhány a nyomtatás, az elektrofonálás, a mintaátvitel és az additív gyártás.
A nyomtatási technika a legnépszerűbb technika ezen érzékelők gyártására. A nyomtatás lehet szitanyomás, más néven analóg nyomtatás, vagy esetleg digitális nyomtatás, más néven tintasugaras nyomtatás.
A szitanyomásnál maszkot készítenek, amelyet a nyomtatóba táplálnak, és a szükséges minta nyomtatására használják. Szinte az összes korábbi érzékelő és elektronikus áramkör ezzel a szitanyomásos technikával készült.
Napjainkra megérkezett a digitális nyomtatás, melyben nincs szükség maszkkészítésre. A digitális nyomtatás során a nyomtatandó mintát digitálisan betápláljuk a számítógépbe, és egy számítógépes parancs segítségével automatikusan kinyomtatjuk.
Bár a digitális nyomtatás egyszerű, könnyen használható és kevesebb kézi erőfeszítést igényel, az ehhez a technikához használt tintának meg kell felelnie bizonyos követelményeknek a viszkozitás és a felületi feszültség tekintetében.
Másrészt az elektrofonó technikában polimer oldatot készítenek, amelyet a fecskendőbe vezetnek, amelyet egy fecskendős pumpa segítségével a fémtűig hajtanak.
A tű mentén nagy elektromos feszültséget alkalmaznak a polimer oldat kilökésére a folyadék felületi feszültségének megszakításával. A kilökési folyamat során a polimer-oldószer elpárolog, és a stabil polimer anyag spirálisan lerakódik, és a kívánt rostterméket kapjuk.
Hasonlóképpen a mintaátviteli technikában egy mintát nyomtatnak a merev felületre egy maszk segítségével, a szokásos nyomtatási technikával, és később visszük át a rugalmas hordozóra.
Különös odafigyelést igényel a mintaátvitel, mivel az elkészített minták kényesek, és ha nem megfelelően kezelik, eltörhetnek. Az additív gyártás, más néven 3D nyomtatás a legújabb nyomtatási technika, amelyet bonyolult elektronikai eszközök vagy elektromos áramkörök tervezésére használnak.
Ennél a technikánál a nyomtatás rétegről rétegre történik, és a mintákat egymásra nyomtatják a rugalmas hordozóra. Ezzel a technikával komplex nano-felépítésű vagy tervezésű elektronikai eszközöket lehet hatékonyan előállítani.
A rugalmas és hordható érzékelők számos általános és egészségügyi alkalmazással rendelkeznek. Egy adott érzékelő telepítése egy adott közműben az elvégzendő mérés vagy nyomvonal típusától függ.
A jellemzően alkalmazott érzékelők elektrokémiai érzékelők, nyomás- vagy nyúlásérzékelők, hőmérséklet-érzékelők stb. Néhány példa a testen viselt érzékelőkre az 1. ábrán látható.
Mindegyik érzékelőnek van egy aktív rétege, amely méri az adott célmennyiséget, és ezt a mennyiséget a megfelelő elektromos jellé alakítja. Sokféle elektrokémiai szenzor használható az egészségügyi nyomon követés során, beleértve a glükóz-, verejték-, nyál-, pH-, gyógyszertranszport-koleszterinszint-méréseket stb.
Az elektrokémiai érzékelők alapelve, hogy az érzékelő anyag és a célanyag közötti kémiai reakció megváltoztatja az érzékelő elektromos tartózkodási helyét, és így valósul meg az állapotkövetés.
A nyomásérzékelő vagy erőérzékelő az érzékelők fontos kategóriája, amelyet számos olyan alapvető egészségügyi paraméter mérésére használnak, mint a pulzusszám, a vérnyomás, a szívverés stb.
Ezek az érzékelők érzékelik a mechanikai erőt feszültség, feszültség, alakváltozás és nyomaték formájában, és elektromos jellé alakítják át. Az egészségügyben sokféle feszültségérzékelő létezik, például rezisztív érzékelők, kapacitív érzékelők és piezoelektromos érzékelők.
Egy rezisztív szenzornál az érzékelőszövet módosulásainak ellenállása mechanikai jel észlelésekor, és az ellenállásban kilépő extrudálási ellenállás az elektromos jel oldalán belüli extrade formán belül mérlegelődik.
Hasonlóképpen, egy kapacitív érzékelőben az érzékelő kapacitása a mechanikai erő vagy nyomás változásával változik, és elektromos jel formájában tükröződik.
A piezoelektromos érzékelő olyan érzékelő, amely elektromos feszültséget fejleszt a terminálokon a mechanikai erő vagy nyomás észlelésekor. Számos ólomalapú kerámiaanyag és polimer piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkezik, és közvetlenül alkalmazzák az ilyen érzékelőkben.
A nyomásérzékelőkkel kapcsolatos legújabb kutatások szerint az additív gyártás során előállított porózus szerkezetek vagy nano-architektúra-konstrukciók felhasználhatók ezen érzékelők teljesítményének vagy érzékenységének növelésére.
A hordható érzékelők másik kategóriája a hőmérséklet-érzékelők. Ezek az érzékelők érzékelik a testhőmérséklet változását, és a kimenetet elektromos jel formájában tükrözik.
Főleg kétféle hőmérséklet-érzékelő létezik, nevezetesen a rezisztív érzékelők és a piroelektromos érzékelők. Az ellenállásos hőmérséklet-érzékelőben a kihelyezett anyag ellenállása a hőmérséklet változásával változik.
Ezért a kimenő elektromos jel ennek megfelelően változik. A fém-oxidok, a CNT-k, a grafén és a polimer kompozitok gyakran használt anyagok az ellenállásos hőmérséklet-érzékelők előállításához.
A piroelektromos érzékelők esetében az anyag polarizációja a hőmérséklet változásával változik. A polarizáció változását felhasználják továbbá a hőmérséklet szempontjából kalibrált elektromos jel generálására
Ezek mellett manapság többfunkciós szenzorok is kaphatók. Egy többfunkciós érzékelőben több különböző funkciójú réteg van egymásra rakva, és több mennyiség, például hőmérséklet, nyomás stb. egyidejű érzékelésére szolgál.
Ezeket a több réteget az elektródák közé helyezik, és a teljes szerkezetet egy polimer alapból álló szubsztrát anyagra helyezik. Sikeresen legyártották azt a többfunkciós érzékelőt, amely egyszerre képes feszültséget és hőmérsékletet mérni az egészségügyben.
A fenti megbeszélésből egyértelműen kitűnik, hogy a rugalmas és hordható érzékelők jelentős fejlődést értek el az elmúlt néhány évben. Ezek a mesterséges intelligenciával és a dolgok internetével kombinált szenzorok számos alkalmazást találnak a társadalomban. A hordható szenzorok hozzájárulása az egészségügyben és az orvostudományban figyelemre méltó, és hozzájárulásuk a következő jövőben várhatóan tovább fog növekedni.
A többfunkciós érzékelők, amelyek több mennyiség egyidejű mérésére is képesek, meglehetősen ígéretesek. Ezenkívül az additív gyártási technika meglehetősen gyümölcsözőnek bizonyult a hordható érzékelők összetett 3D-s terveinek előállításához.
A hordható szenzorok érzékelési képességének javítása érdekében szabályozott porozitás kialakításának koncepciója szintén új, és intelligens módon való megvalósítás esetén várhatóan jó eredményeket fog hozni.
FELSZABADÍTSA AZ ERŐT
A Te Ötletek
Növelje szabadalmi ismereteit
Exkluzív betekintések várnak hírlevelünkre
Kérjen visszahívást!
Köszönjük érdeklődését a TT Consultants iránt. Kérjük, töltse ki az űrlapot, és hamarosan felvesszük Önnel a kapcsolatot
Kérjen visszahívást!
Köszönjük érdeklődését a TT Consultants iránt. Kérjük, töltse ki az űrlapot, és hamarosan felvesszük Önnel a kapcsolatot
