国产盗摄一区二区三区,夜色精品国产一区二区,国产精品乱码免费一区二区

負泊松比！用于可穿戴應變-壓力同步傳感器的類皮膚可拉伸基材

2022.12.24 江西

幾十年來，基于剛性材料的傳統(tǒng)電子產(chǎn)品，如半導體、玻璃和復合材料，已經(jīng)開發(fā)出來并在日常生活中得到廣泛應用。如今，隨著電子設備在便攜式、可變形和可穿戴形式的應用日益廣泛，需要具有柔韌性、彎曲性、滾動性和拉伸性等自由形狀因子的非剛性材料電子產(chǎn)品。目前，可穿戴電子產(chǎn)品與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）相結合，可以實現(xiàn)各種信息的實時通信，因此受到廣泛關注。考慮到這些需求，可穿戴和可伸縮電子設備已被積極開發(fā)和實施在個人醫(yī)療保健系統(tǒng)、軟機器人、虛擬現(xiàn)實和人機交互等特定應用中。用作可穿戴平臺基材的傳統(tǒng)彈性聚合物具有較大的正泊松比（≈0.5），導致與人體皮膚的變形不匹配，在關節(jié)彎曲下多向拉長。 這會導致基于彈性體的可穿戴設備出現(xiàn)實際問題，例如分層和脫落，導致功能可靠性差。

為了克服這個問題，來自韓國科學技術院的學者在彈性薄膜上應用了帶有玻璃纖維的輔助結構機械加固，導致負泊松比（NPR），這是一種類似皮膚的可拉伸基材（SLSS）?？紤]了用于確定輔助結構增強葉片的材料和幾何尺寸的幾個參數(shù)，以最大化NPR。基于數(shù)值模擬和數(shù)字圖像相關分析，研究了SLSS的變形趨勢和應變分布，并與原始彈性體基體進行了比較。由于應變定位特性，采用SLSS與Ag基彈性墨水和碳納米管基力敏電阻制備了獨立的應變壓力傳感系統(tǒng)。最后，證明了基于SLSS的傳感器平臺可以作為可穿戴設備實時監(jiān)測手腕上的身體負擔。相關文章以“Skin-like Omnidirectional Stretchable Platform with Negative Poisson’s Ratio for Wearable Strain–Pressure Simultaneous Sensor”標題發(fā)表在Advanced Functional Materials。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202208792

圖1.皮膚狀可拉伸基材（SLSS）的概念示意圖和結構。a）裸露彈性體、人體皮膚和 SLSS 的變形趨勢。b） SLSS的結構由輔助結構增強結構域和原始彈性體結構域組成。c）制造的 SLSS 的顯微截面圖像。d）顯示SLSS與手腕伸展下皮膚的保形接觸特性的圖像。

圖2.仿真結果顯示了SLSS的變形特性以及實現(xiàn)負泊松比（NPR）的材料考慮因素。a）SLSS的應力輪廓和變形，b）通過基于有限元法（FEM）的模擬計算出10%單軸應變下的PR，SLSS的增強域和原始域之間的彈性模量比值關系。c）不同增強材料組合的聚合物復合材料拉伸試驗下的應力-應變曲線。

圖3.在SLSS的結構設計中進行研究，以分析變形特性。a）具有幾何變量 a、b 和 h 的基于旋轉方形單元的輔助結構的初始和 b）變形形狀。c）通過數(shù)字圖像相關（DIC）方法測量局部應變分布，并計算出嵌入輔助結構不同幾何參數(shù)下 SLSS 的泊松比（PR）。

圖4.有和沒有輔助結構玻璃織物的可拉伸基材的變形特性比較。a）裸彈性體和b）SLSS的數(shù)字圖像相關（DIC）結果顯示了單軸應變下的不同應變分布。c）計算兩個不同基板相對于沿 x 軸施加的單軸應變的 PR。d）基材多軸拉伸的設置。在e）雙軸和f）四軸應變下兩種不同可拉伸基材的DIC結果。

圖5.基于SLSS的傳感器系統(tǒng)，能夠進行獨立的壓力應變檢測。a）由銀基彈性漿料（AgEP）和碳納米管（CNT）基力敏電阻器（FSR）組成的制造傳感器系統(tǒng)的攝影圖像。b）不同拉伸角度下沉積在剛性輔助結構上的AgEP電極的機電穩(wěn)定性。c）在間隙區(qū)域形成的AgEP的應變敏感和d）壓力不敏感特性。e）安裝在 SLSS 剛性旋轉區(qū)域的基于 CNT 的 FSR 的壓力敏感和 f）應變不敏感特性。

圖6.應用于智能腕帶，以防止腕管綜合癥（CTS）在操作鼠標時。a）基于SLSS的傳感器平臺實現(xiàn)的智能手環(huán)到商用腕帶的示意圖結構。b）常規(guī)和垂直小鼠順序操作期間壓力和應變傳感器的響應。c）鼠標操作的攝影圖像和來自智能手機應用程序的相應反饋，以通過藍牙通信顯示警告警報。

綜上所述，本研究開發(fā)了一種基于生長超材料結構和材料性能工程的類皮膚可拉伸基材（SLSS）。通過基于有限元的數(shù)值模擬驗證了所提的變形機理，該機理由于SLSS兩個域（即輔助域和原始域）之間的模量差，在單向應變下具有全向拉伸能力。SLSS具有系統(tǒng)設計的結構和材料，使用基于溶液的聚合物工藝和激光圖案化系統(tǒng)成功制造。采用數(shù)字圖像相關（DIC）方法對SLSS的變形進行了表征，并與仿真結果進行了對比分析?；赟LSS特性，實現(xiàn)了可獨立測量應變和壓力的可穿戴傳感器平臺。最后，本研究證明了基于SLSS的傳感器系統(tǒng)可以用作智能帶，通過實時監(jiān)控手腕上的身體負擔來預防和恢復CTS。這項研究可能會對可穿戴電子設備產(chǎn)生潛在影響，因為它可以引入一種通用的可拉伸基板，可以提供可靠而準確的人體運動信息，從而為下一代行業(yè)實現(xiàn)實時醫(yī)療保健、虛擬現(xiàn)實(VR)和人機交互。(文：SSC)

本站僅提供存儲服務，所有內容均由用戶發(fā)布，如發(fā)現(xiàn)有害或侵權內容，請點擊舉報。

打開APP，閱讀全文并永久保存查看更多類似文章

一種新型柔性關節(jié)力矩傳感器的設計

3D打印還原氧化石墨烯/彈性體樹脂復合材料，用于柔性應變傳感器

納米薄膜壓力傳感器的薄膜結構及其要求

抗拉、變色彈性體問世：復制人類皮膚觸手可及？ | 前沿

陳根：研究開發(fā)——高彈性電子皮膚

稱重傳感器的構造與形成

更多類似文章 >>

九色国产,午夜在线视频,新黄色网址,九九色综合,天天做夜夜做久久做狠狠,天天躁夜夜躁狠狠躁2021a,久久不卡一区二区三区