Fremkomsten av bærbare og bærbare elektroniske enheter har fullstendig revolusjonert samfunnet. Bærbare elektroniske enheter som mobiltelefoner, bærbare datamaskiner og smartklokker har gjort livet til folk enkelt. Man kan umiddelbart koble seg til og se sine nærmeste eller venner live bosatt i det andre hjørnet av kloden gjennom internettvideosamtaler. Tidligere spilte den silisiumbaserte halvlederindustrien en stor rolle i utviklingen av elektronikk- og informasjonsindustrien.
Men med ankomsten av nye teknologier som tingenes internett (IoT), kunstig intelligens, ekstern helseovervåking, smarte hjem, menneske-maskin-interaksjon, etc., står den konvensjonelle silisiumbaserte industrien overfor nye utfordringer.
I dag har bærbar elektronikk, med integrert mekanisk fleksibilitet og elektronisk funksjonalitet, vist bemerkelsesverdig utvikling og fremskritt sammenlignet med konvensjonell silisiumbasert stiv elektronikk.
Med den nyeste forskningen innen materialvitenskap er det til og med mulig å fremstille elektroniske kretser som ikke bare er fleksible, men også strekkbare, noe som gjør at de kan brukes i et bredere spekter av bruksområder.
Fleksibel og bærbar elektronikk har utbredte bruksområder i medisinsk og helsevesen. På grunn av teknologisammensmeltingen av kunstig intelligens og tingenes internett (IoT) med medisinsk elektronisk utstyr som sensorer, aktuatorer osv., har det blitt mulig å måle og analysere pasientene eksternt og gi dem ønsket pleie og behandling.
Siden de fleksible og strekkbare medisinske enhetene og sensorene kan vikle seg rundt kroppen eller målorganet og kan få den ønskede formen, er målingene tatt av dem ganske nøyaktige.
Disse fleksible sensorene kan brukes til å måle flere pasientdata som pulsfrekvens, blodtrykk, pustefrekvens, pH, glukosenivå, temperatur, svette, spytt, etc., og kan hjelpe medisinske fagfolk i en tidlig diagnose.
De ikke-fleksible sensorene er også utviklet tidligere og bruker silisium som underlag, men de kan ikke nøyaktig måle de fysiologiske parameterne på grunn av deres stivhet.
En fleksibel sensor har en lagdelt struktur der bunnlaget er substratet laget av fleksibelt polymermateriale. Det ofte brukte substratet for produksjon av sensorer inkluderer polyetylentereftalat (PET), polyimid (PI), polydimetylsiloksan (PDMS), polypyrrol, indium tinnoksid (ITO) film, etc.
I tillegg til substratlaget har sensoren to elektrodelag, et øvre elektrodelag og et nedre elektrodelag, for å lede det elektriske signalet inn i eller ut av sensoren.
Elektrodelagene er også valgt på en slik måte at de gir full fleksibilitet tilsvarende substratlaget. De ofte brukte materialene for å lage elektroder til den fleksible sensoren er ledende polymerer, sølv (Ag) nanotråder og metallnett av gull, kobber eller sølv.
Det viktigste laget av en sensor er det aktive laget, som er plassert i midten av sensoren. Materialet til det aktive laget er avhengig av type sensor, det vil si om det er en trykksensor, biokjemisk sensor, temperatursensor, kraftsensor, etc.
Hvis sensoren er en trykksensor, kan materialet som brukes til det aktive laget være piezoelektrisk materiale som kan konvertere den mekaniske energien i form av menneskelige vibrasjoner, puls, hjerteslag, etc., til et elektrisk signal.
Tilsvarende, hvis sensoren er temperatursensoren, er det aktive lagmaterialet termoelektrisk materiale. I en fleksibel sensor er det aktive lagmaterialet også valgt på en slik måte at det viser tilstrekkelig fleksibilitet og støtter mekanisk bøyning uten å bli skadet.
De fleksible trykksensorene bruker generelt polyvinylidenfluorid (PVDF), ZnO, P(VDF-TrFR), etc., som piezoelektriske aktive lag som har ønsket fleksibilitet.
Ulike teknikker er utviklet for å produsere de bærbare og fleksible sensorene. Noen av teknikkene som brukes for å fremstille disse sensorene er utskrift, elektrospinning, mønsteroverføring og additiv produksjon.
Utskriftsteknikken er den mest populære teknikken for å produsere disse sensorene. Utskriften kan være silketrykk også kjent som analog utskrift eller kanskje digital utskrift også kjent som blekkskriving.
Ved silketrykk lages en maske som mates inn i skriveren og brukes til å skrive ut ønsket mønster. Nesten alle de tidligere sensorene og elektroniske kretsene ble laget med denne silketrykkteknikken.
I dag har digitaltrykk kommet, der ingen maskefremstilling er nødvendig. Ved digital utskrift mates mønsteret som skal skrives ut digitalt inn i datamaskinen og skrives automatisk ut av en datamaskinkommando.
Selv om digital utskrift er enkel, lett å bruke og krever mindre manuell innsats, må blekket som brukes til denne teknikken oppfylle noen spesifikke krav når det gjelder viskositet og overflatespenning.
På den annen side, i elektrospinningsteknikken, tilberedes en polymerløsning og mates inn i sprøyten som drives opp til metallnålen ved hjelp av en sprøytepumpe.
En høy elektrisk spenning påføres langs nålen og brukes til å skyte ut polymerløsningen ved å bryte overflatespenningen til væsken. Under ejeksjonsprosessen fordamper polymer-løsningsmidlet, og det stabile polymermaterialet avsettes i spiralform og det ønskede fiberproduktet oppnås.
På lignende måte, i mønsteroverføringsteknikken, trykkes et mønster på den stive overflaten ved bruk av en maske via vanlig trykkteknikk og overføres senere til det fleksible substratet.
En spesiell forsiktighet er nødvendig under mønsteroverføringsprosessen, siden de laget mønstrene er delikate og kan brytes ned hvis de ikke håndteres riktig. Additiv produksjon også kjent som 3D-utskrift er den nyeste utskriftsteknikken som brukes til å lage kompliserte elektroniske enheter eller elektriske kretsdesign.
I denne teknikken utføres utskriften på en lag-for-lag måte og mønstrene trykkes over hverandre på det fleksible underlaget. Ved å bruke denne teknikken kan elektroniske enheter med kompleks nanoarkitektur eller design fremstilles effektivt.
Fleksible og bærbare sensorer har mange generelle og helsemessige bruksområder. Utplasseringen av en bestemt sensor i et bestemt verktøy er avhengig av typen måling eller spor som skal utføres.
De typisk anvendte sensorene er elektrokjemiske sensorer, trykk- eller tøyningssensorer, temperatursensorer og så videre. Noen få eksempler på kroppsbårne sensorer er påvist i figur 1.
Alle disse sensorene har et aktivt lag som måler den bestemte målmengden og konverterer denne mengden til det tilsvarende elektriske signalet. Det er mange typer elektrokjemiske sensorer å ha i helsevesenet sporing som inkluderer glukose, svette, spytt, pH, måling av medikamenttransport kolesterol, etc.
Det underliggende prinsippet for de elektrokjemiske sensorene er at den kjemiske responsen mellom sensormaterialet og målstoffet endrer sensorens elektriske boliger, og helsesporing oppnås på denne måten.
Trykksensoren eller kraftsensoren er en viktig kategori sensorer som brukes til å måle mange viktige helseparametere som puls, blodtrykk, hjerteslag, etc.
Disse sensorene oppdager mekanisk kraft i form av spenning, spenning, belastning og dreiemoment, og konverterer dem til et elektrisk signal. Det er mange varianter av belastningssensorer å få i helsevesenet, for eksempel resistive sensorer, kapasitive sensorer og piezoelektriske sensorer.
I en resistiv sensor endres motstanden til det følende stoffet ved detektering av et mekanisk signal, og ekstruderen i motstand vurderes på siden av formen til en ekstrade på siden av det elektriske signalet.
På samme måte, i en kapasitiv sensor, endres kapasitansen til sensoren med endringen i mekanisk kraft eller trykk og reflekteres i form av et elektrisk signal.
En piezoelektrisk sensor er en sensor som utvikler en elektrisk spenning over terminalene ved deteksjon av den mekaniske kraften eller trykket. Mange blybaserte keramiske materialer og polymerer viser piezoelektriske egenskaper og brukes direkte i slike sensorer.
I følge den siste forskningen på trykksensorer, kan porøse strukturer eller nanoarkitekturdesign produsert gjennom additiv produksjon brukes til å forbedre utgangen eller følsomheten til disse sensorene.
En annen kategori av bærbare sensorer er temperatursensorer. Disse sensorene oppdager endringen i kroppstemperaturen og reflekterer utgangen i form av et elektrisk signal.
Det er hovedsakelig to typer temperatursensorer, nemlig resistive sensorer og pyroelektriske sensorer. I den resistive temperatursensoren endres motstanden til det utplasserte materialet med endringen i temperaturen.
Derfor varierer det elektriske utgangssignalet tilsvarende. Metalloksider, CNT-er, grafen og polymerkompositter er ofte brukte materialer for å lage resistive temperatursensorer.
Når det gjelder pyroelektriske sensorer, endres polarisasjonen av materialet med endringen i temperaturen. Endringen i polarisering brukes videre til generering av det elektriske signalet som er kalibrert med tanke på temperatur
I tillegg til disse er multifunksjonelle sensorer også tilgjengelige i dag. I en multifunksjonell sensor er flere lag med ulike funksjoner stablet over hverandre og brukes til å oppdage flere mengder som temperatur, trykk osv. samtidig.
Disse flere lagene er klemt mellom elektrodene og hele strukturen er avsatt over et substratmateriale som består av en polymerbase. Multifunksjonssensoren med kapasitet til å måle belastning og temperatur samtidig i helsevesenet har blitt produsert med suksess.
Det er klart fra diskusjonen ovenfor at fleksible og bærbare sensorer har gjort store fremskritt de siste årene. Disse sensorene kombinert med kunstig intelligens og tingenes internett finner et stort antall bruksområder i samfunnet. Bidraget fra bærbare sensorer innen helse- og medisinsk område er bemerkelsesverdig, og deres bidrag forventes å vokse ytterligere i fremtiden.
Multifunksjonelle sensorer med muligheten til å måle flere mengder samtidig ser ganske lovende ut. Dessuten viser den additive produksjonsteknikken seg å være ganske fruktbar for å produsere komplekse 3D-design av bærbare sensorer.
Konseptet med å lage kontrollert porøsitet i de bærbare sensorene for å forbedre deres sanseevne er også nytt og forventes å gi gode resultater hvis implementert på en intelligent måte.
LÅS OPP STRØMEN
Av din Ideer
Øk din patentkunnskap
Eksklusiv innsikt venter i vårt nyhetsbrev
Be om tilbakeringing!
Takk for din interesse for TT Consultants. Vennligst fyll ut skjemaet, så kontakter vi deg snart
Be om tilbakeringing!
Takk for din interesse for TT Consultants. Vennligst fyll ut skjemaet, så kontakter vi deg snart
