De komst van draagbare en draagbare elektronische apparaten heeft de samenleving volledig gerevolutioneerd. Draagbare elektronische apparaten zoals mobiele telefoons, laptops en smartwatches hebben het leven van mensen gemakkelijk gemaakt. U kunt onmiddellijk verbinding maken en uw naasten of vrienden live aan de andere kant van de wereld zien wonen via internetvideogesprekken. Eerder speelde de op silicium gebaseerde halfgeleiderindustrie een grote rol in de ontwikkeling van de elektronica- en informatie-industrie.
Met de komst van nieuwe technologieën zoals het internet der dingen (IoT), kunstmatige intelligentie, gezondheidsmonitoring op afstand, slimme huizen, mens-machine-interactie, enz., wordt de conventionele op silicium gebaseerde industrie echter met nieuwe uitdagingen geconfronteerd.
Tegenwoordig heeft draagbare elektronica, met geïntegreerde mechanische flexibiliteit en elektronische functionaliteit, een opmerkelijke ontwikkeling en vooruitgang laten zien in vergelijking met conventionele, op silicium gebaseerde, stijve elektronica.
Met het nieuwste onderzoek op het gebied van de materiaalkunde is het zelfs mogelijk elektronische schakelingen te vervaardigen die niet alleen flexibel maar ook rekbaar zijn, waardoor ze in een breder scala aan toepassingen kunnen worden gebruikt.
Flexibele en draagbare elektronica heeft wijdverspreide toepassingen in de medische en gezondheidszorgsector. Door de technologische fusie van kunstmatige intelligentie en het internet of things (IoT) met medische elektronische apparaten zoals sensoren, actuatoren, etc. is het mogelijk geworden om de patiënten op afstand te meten en analyseren en hen de gewenste zorg en behandeling te bieden.
Omdat de flexibele en rekbare medische apparaten en sensoren zich om het lichaam of het doelorgaan kunnen wikkelen en de gewenste vorm kunnen aannemen, zijn de metingen die ze uitvoeren behoorlijk nauwkeurig.
Deze flexibele sensoren kunnen worden gebruikt om meerdere patiëntgegevens te meten, zoals hartslag, bloeddruk, ademhalingssnelheid, pH, glucoseniveau, temperatuur, zweet, speeksel, enz., en kunnen medische professionals helpen bij een vroege diagnose.
De niet-flexibele sensoren zijn ook al eerder ontwikkeld en gebruiken silicium als substraat, maar kunnen vanwege hun stijfheid de fysiologische parameters niet nauwkeurig meten.
Een flexibele sensor heeft een gelaagde structuur waarbij de onderste laag het substraat is dat bestaat uit flexibel polymeer materiaal. Het veelgebruikte substraat voor de productie van sensoren omvat polyethyleentereftalaat (PET), polyimide (PI), polydimethylsiloxaan (PDMS), polypyrrool, indiumtinoxide (ITO) film, enz.
Naast de substraatlaag heeft de sensor twee elektrodelagen, een bovenste elektrodelaag en een onderste elektrodelaag, voor het geleiden van het elektrische signaal naar of uit de sensor.
De elektrodelagen zijn ook zo gekozen dat ze een volledige flexibiliteit bieden, vergelijkbaar met de substraatlaag. De veelgebruikte materialen voor het maken van elektroden van de flexibele sensor zijn geleidende polymeren, zilveren (Ag) nanodraden en metalen gaas van goud, koper of zilver.
De belangrijkste laag van een sensor is de actieve laag, deze wordt in het midden van de sensor geplaatst. Het materiaal van de actieve laag is afhankelijk van het type sensor, dat wil zeggen of het een druksensor, biochemische sensor, temperatuursensor, krachtsensor, etc. is.
Als de sensor een druksensor is, kan het voor de actieve laag gebruikte materiaal piëzo-elektrisch materiaal zijn dat de mechanische energie in de vorm van menselijke trillingen, hartslag, enz. kan omzetten in een elektrisch signaal.
Op soortgelijke wijze, als de sensor de temperatuursensor is, is het materiaal van de actieve laag thermo-elektrisch materiaal. Bij een flexibele sensor is het materiaal van de actieve laag bovendien zo gekozen dat het voldoende flexibiliteit vertoont en mechanische buiging ondersteunt zonder beschadigd te raken.
De flexibele druksensoren maken doorgaans gebruik van polyvinylideenfluoride (PVDF), ZnO, P(VDF-TrFR), enz., als piëzo-elektrische actieve lagen die de gewenste flexibiliteit hebben.
Er zijn verschillende technieken ontwikkeld voor het vervaardigen van de draagbare en flexibele sensoren. Enkele van de technieken die worden gebruikt voor het vervaardigen van deze sensoren zijn printen, elektrospinnen, patroonoverdracht en additieve productie.
De printtechniek is de meest populaire techniek voor het vervaardigen van deze sensoren. Het printen kan zeefdruk zijn, ook bekend als analoog printen, of misschien digitaal printen, ook wel bekend als inkjetprinten.
Bij zeefdrukken wordt een masker gemaakt dat in de printer wordt ingevoerd en wordt gebruikt om het gewenste patroon af te drukken. Bijna alle eerdere sensoren en elektronische circuits zijn gemaakt met deze zeefdruktechniek.
Tegenwoordig is digitaal printen gearriveerd, waarbij het maken van maskers niet meer nodig is. Bij digitaal printen wordt het te printen patroon digitaal in de computer ingevoerd en automatisch afgedrukt door een computeropdracht.
Hoewel digitaal printen eenvoudig en gebruiksvriendelijk is en minder handmatige inspanningen vereist, moet de inkt die voor deze techniek wordt gebruikt aan een aantal specifieke eisen voldoen op het gebied van viscositeit en oppervlaktespanning.
Aan de andere kant wordt bij de elektrospintechniek een polymere oplossing bereid en in de spuit gevoerd, die met behulp van een spuitpomp naar de metalen naald wordt gedreven.
Langs de naald wordt een hoge elektrische spanning aangelegd die wordt gebruikt om de polymeeroplossing uit te werpen door de oppervlaktespanning van de vloeistof te verbreken. Tijdens het uitstootproces vervluchtigt het polymeer-oplosmiddel en wordt het stabiele polymeermateriaal spiraalvormig afgezet en wordt het gewenste vezelproduct verkregen.
Op soortgelijke wijze wordt bij de patroonoverdrachttechniek een patroon via een gewone printtechniek op het stijve oppervlak gedrukt met behulp van een masker en later overgebracht op het flexibele substraat.
Er is speciale zorg nodig tijdens het patroonoverdrachtsproces, omdat de gemaakte patronen delicaat zijn en kunnen afbreken als ze niet op de juiste manier worden behandeld. Additieve productie, ook wel 3D-printen genoemd, is de nieuwste printtechniek die wordt gebruikt om ingewikkelde elektronische apparaten of elektrische circuitontwerpen te maken.
Bij deze techniek wordt het printen laag voor laag uitgevoerd en worden de patronen over elkaar op het flexibele substraat gedrukt. Met behulp van deze techniek kunnen elektronische apparaten met complexe nano-architectuur of -ontwerp effectief worden vervaardigd.
Flexibele en draagbare sensoren hebben veel algemene toepassingen en toepassingen in de gezondheidszorg. De inzet van een bepaalde sensor in een bepaald nutsbedrijf is afhankelijk van het type meting of spoor dat moet worden uitgevoerd.
De typisch toegepaste sensoren zijn elektrochemische sensoren, druk- of reksensoren, temperatuursensoren, enzovoort. Een paar voorbeelden van op het lichaam gedragen sensoren zijn te zien in Figuur 1.
Al die sensoren hebben een actieve laag die de betreffende doelgrootheid meet en die grootheid omzet in het bijbehorende elektrische signaal. Er zijn veel soorten elektrochemische sensoren beschikbaar voor het volgen van de gezondheidszorg, waaronder glucose, zweet, speeksel, pH, cholesterolmeting van geneesmiddelentransport, enz.
Het onderliggende principe van de elektrochemische sensoren is dat de chemische reactie tussen het detectiemateriaal en de doelsubstantie de elektrische verblijfplaatsen van de sensor verandert, en dat het volgen van de gezondheid op deze manier wordt bereikt.
De druksensor of krachtsensor is een belangrijke categorie sensoren die worden gebruikt om veel cruciale gezondheidsparameters te meten, zoals hartslag, bloeddruk, hartslag, enz.
Deze sensoren detecteren mechanische krachten in de vorm van spanning, spanning, rek en koppel en zetten deze om in een elektrisch signaal. Er zijn veel soorten spanningssensoren verkrijgbaar in de gezondheidszorg, zoals resistieve sensoren, capacitieve sensoren en piëzo-elektrische sensoren.
Bij een resistieve sensor verandert de weerstand van het sensorweefsel bij de detectie van een mechanisch signaal, en de extrusie van de weerstand wordt bepaald binnen de vorm van een extrade binnen het elektrische signaal.
Op dezelfde manier verandert bij een capacitieve sensor de capaciteit van de sensor met de verandering in mechanische kracht of druk en wordt weerspiegeld in de vorm van een elektrisch signaal.
Een piëzo-elektrische sensor is een sensor die bij detectie van de mechanische kracht of druk een elektrische spanning over de aansluitingen ontwikkelt. Veel op lood gebaseerde keramische materialen en polymeren vertonen piëzo-elektrische eigenschappen en worden rechtstreeks in dergelijke sensoren gebruikt.
Volgens het laatste onderzoek naar druksensoren kunnen poreuze structuren of nano-architectuurontwerpen die zijn vervaardigd via additieve productie worden gebruikt om de output of de gevoeligheid van deze sensoren te verbeteren.
Een andere categorie draagbare sensoren zijn temperatuursensoren. Deze sensoren detecteren de verandering in de lichaamstemperatuur en reflecteren de output in de vorm van een elektrisch signaal.
Er zijn hoofdzakelijk twee soorten temperatuursensoren, namelijk resistieve sensoren en pyro-elektrische sensoren. In de resistieve temperatuursensor verandert de weerstand van het gebruikte materiaal met de temperatuurverandering.
Daarom varieert het elektrische uitgangssignaal dienovereenkomstig. Metaaloxiden, CNT's, grafeen en polymeercomposieten zijn veelgebruikte materialen voor het maken van resistieve temperatuursensoren.
In het geval van pyro-elektrische sensoren verandert de polarisatie van het materiaal met de verandering in de temperatuur. De verandering in polarisatie wordt verder gebruikt voor het genereren van het elektrische signaal dat is gekalibreerd in termen van temperatuur
Daarnaast zijn er tegenwoordig ook multifunctionele sensoren verkrijgbaar. In een multifunctionele sensor zijn meerdere lagen met verschillende functies op elkaar gestapeld en worden ze gebruikt om meerdere grootheden, zoals temperatuur, druk, enz., tegelijkertijd te detecteren.
Deze meerdere lagen worden ingeklemd tussen elektroden en de gehele structuur wordt afgezet op een substraatmateriaal dat bestaat uit een polymere basis. De multifunctionele sensor met de mogelijkheid om gelijktijdig spanning en temperatuur te meten in de gezondheidszorg is met succes vervaardigd.
Uit de bovenstaande discussie blijkt duidelijk dat flexibele en draagbare sensoren de afgelopen jaren grote vooruitgang hebben geboekt. Deze sensoren in combinatie met kunstmatige intelligentie en het internet of things vinden een groot aantal toepassingen in de samenleving. De bijdrage van draagbare sensoren in de gezondheidszorg en de medische sector is opmerkelijk, en de verwachting is dat hun bijdrage de komende toekomst verder zal groeien.
Multifunctionele sensoren met de mogelijkheid om meerdere grootheden tegelijkertijd te meten, zien er veelbelovend uit. Ook blijkt de additieve productietechniek behoorlijk vruchtbaar te zijn voor het vervaardigen van complexe 3D-ontwerpen van draagbare sensoren.
Het concept van het maken van gecontroleerde porositeit in de draagbare sensoren om hun detectievermogen te verbeteren is ook nieuw en zal naar verwachting goede resultaten opleveren als het op een intelligente manier wordt geïmplementeerd.
Vraag een terugbelverzoek aan!
Bedankt voor uw interesse in TT Consultants. Vul dan het formulier in en wij nemen spoedig contact met u op
ONTGRENDEL DE KRACHT
Van uw ideeën
Verbeter uw patentkennis
Exclusieve inzichten wachten in onze nieuwsbrief
Vraag een terugbelverzoek aan!
Bedankt voor uw interesse in TT Consultants. Vul dan het formulier in en wij nemen spoedig contact met u op
