剪纸激发了穿戴式传感器的新方法

日期:
2019年10月22,
来源:
工程伊利诺伊大学学院
摘要:
作为穿戴式传感器变得越来越普遍,需要从人体的自然运动的应力和应变不易损坏的材料变得越来越重要。为此,研究人员已经开发采用剪纸体系结构中的方法,以帮助材料变得更加应变耐受性和更适用于运动。

作为可穿戴式传感器变得更加普遍,需要从人体的自然运动的应力和应变抗损坏的材料变得越来越重要。为此,研究人员在伊利诺伊大学厄巴纳 – 香槟分校已经开发出采用剪纸架构的方法,以帮助材料变得更加应变宽容和更适应运动。

折纸类似,较为知名的折纸的艺术,剪纸涉及除了折叠切割。通过星宇南,机械科学与工程,和陈乃强庸副教授领导的研究小组成功地应用于剪纸架构,石墨烯,超薄材料,以产生适合可穿戴设备的传感器。

“为了达到最佳检测结果,哟你不希望你的运动来产生额外的信号输出,“南指出,”我们用剪纸削减提供拉伸超过材料的正常变形。这种特殊的设计是在从所需信号的去耦的运动伪像非常有效的。“

为了实现这些结果,研究团队能够通过与纳拉亚纳Aluru,机械科学的教授合作,以执行多个模拟和工程,并通过开发纳米制造节点上联机软件,首先它的一种有待开发。在线软件平台,允许研究人员创建实际的设备或平台前进行模拟。

一旦团队想出了在模拟正常工作的设计,现在是时候把它放到测试。石墨烯小号eemed有希望作为材料,因为与金属相比和其它常规材料时,它可以承受显著变形和断裂。因为石墨烯是原子级薄的材料,研究小组是能够在两个聚酰亚胺层(用于保护可折叠智能手机相同的材料)之间封装所述石墨烯层。一旦“夹层”创建的,他们未来设计剪纸削减,以提高材料的拉伸性。

“由于石墨烯是外部的变化敏感,但也是一个灵活的半金属导体,人们在创造传感器很感兴趣从中,”南说。 “这种敏感性是非常适合用于检测什么是你的周围,如在汗葡萄糖或离子水平。”

研究小组发现,采用剪纸某些架构重新取得的石墨烯不仅可拉伸,而且应变不敏感的来自运动伪影和自由的,这意味着即使当它变形时,出现了在电气状态没有变化。具体地,他们发现,在石墨烯电极表现出应变不敏感性高达240%的单轴应变,或720度扭转的。

他们发表了他们的研究结果在材料今天。[123 ]

“关于什么的剪纸有趣的是,当你舒展,你需要创建一个平面外倾斜,”南说。 “那是该结构可以如何采取这样大的变形。”

在它们的设计,研究人员把主动感测元件上的“岛” 2“桥”之间从剪纸石墨烯制成。而石墨烯并未尽管BE失去任何电信号nding和倾斜,但仍把负载从拉伸和紧张,从而使主动感测元件,以保持连接到表面上。因此,剪纸已重新分配的应力集中的独特能力,从而实现增强的定向机械属性。

虽然研究小组成功地证明的基本方法,他们已经着手改善2.0版本的最终可能性商业化的技术。

队也有使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为夹心层,并认为,除了石墨烯,该设计也可以扩展到其他原子薄材料如过渡金属二硫属化物阳性结果

材料来源:

相关材料University of Illinois College of Engineering. 提供,文章经《科学的杂志》整理,在格式和长度上可能有所变化。


期刊参考文献:

  1. Keong Yong, Subhadeep De, Ezekiel Y. Hsieh, Juyoung Leem, Narayana R. Aluru, SungWoo Nam. Kirigami-inspired strain-insensitive sensors based on atomically-thin materials. Materials Today, 2019; DOI: 10.1016/j.mattod.2019.08.013
引用此页:
University of Illinois College of Engineering “剪纸激发了穿戴式传感器的新方法” 科学的杂志,2019年10月23日。 http://www.kexuede.com/post/2019/1004490412188/

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