Esto es ciencia: electrónica portátil y triboelectricidad. Parte 2
Hola de nuevo lectores del blog Prestigio!Seguimos hablando de electrónica portátil. En un artículo anterior, hablamos sobre las fuentes de alimentación para él basadas en generadores triboeléctricos. Ahora es el turno de la muy misteriosa y misteriosa electrónica verdaderamente ponible. ¡Qué ciencia y tecnología ha llegado en este aspecto, lo descubrirá debajo del corte!Muchos de ustedes se preguntarán: “ ¿Pero cómo, de hecho, los generadores triboeléctricos pueden usarse en la vida real si generan una cantidad tan pequeña de electricidad? "Y la respuesta a esta pregunta es muy simple: es necesario encontrar aplicaciones en las que no se requiera una gran cantidad de electricidad, aunque el dispositivo en sí podría ser extremadamente útil". Tal, por ejemplo, será una variedad de sensores y sensores, incluidos los portátiles.Comenzamos con un ejemplo que ya se ha destacado en el GT.pero sin mencionar que simplemente no es posible. Entonces, un grupo de investigadores chinos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de la ciudad de Huangzhou, junto con colegas de la Universidad de Maryland, presentaron una idea interesante de traducir la tecnología de la triboelectricidad en un dispositivo real.Los autores de un artículo publicado en la prestigiosa revista ACS Nano sugirieron usar grandes paneles del llamado "nanopapel autoalimentado" como sensor táctil, por ejemplo, para proteger obras de arte o evitar que las personas entren en la habitación a través de una ventana, así como cuando crean embalaje. La base del dispositivo, como muchos otros dispositivos triboeléctricos forma dos capas de papel transparente con textura especial, que, al contacto, producen un par de decenas de voltios y algunas microamperios de corriente eléctrica, que es suficiente para activar un relé o parpadear un LED.Unas pocas capas funcionales, ensambladas juntas, y el dispositivo triboeléctrico está listo.Nuestras pruebas mostraron que el papel "inteligente" creado puede soportar más de 50,000 ciclos de clics. Además, es fácil cortar en una especie de "píxeles" y usar como etiqueta para proteger los productos de las falsificaciones. Al hacer clic en uno de los cuatro píxeles que se muestran en la figura siguiente, se muestra un número del 1 al 4 en la pantalla LCD, pero también puede ser el logotipo del fabricante. El video en el sitio web de la revista muestra esta característica con más detalle.Protección en múltiples etapas contra productos falsificados: cada uno de los píxeles puede ser responsable de mostrar su logotipo.Bueno, solo podemos esperar hasta que nuestros amigos del Reino Medio lanzaron la producción en masa de estos productos, ya que una vez se estableció el lanzamiento de etiquetas RFID baratas.El artículo original, Self-Powered Human-Interactive Transparent Nanopaper Systems , se publica en ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b02414 ).Analizaremos otro ejemplo del campo de la medicina y / o deportes, a quien más le guste. Ya se escuchan ampliamente las pulseras de fitness, los relojes o algún otro dispositivo que controle nuestra salud. Y aunque los médicos aún no han decididoqué hacer con los datos obtenidos por la gente común, para que los atletas controlen el pulso, la respiración, la saturación de oxígeno de la sangre es extremadamente importante, y no solo durante el entrenamiento. Para este propósito, los científicos de la Universidad de Suwon han desarrollado sensores transparentes, que de hecho simplemente se pueden pegar en la muñeca o el cuello y controlar todos los parámetros anteriores. Además, el sensor será útil en medicina para controlar la condición del paciente y / u órganos individuales antes, durante o después de la cirugía.El sensor en sí es un sándwich 3 en 1. La primera capa es un elemento sensible a la flexión y a la tracción basado en un material compuesto que consiste en nanorods de plata en una matriz de polímero PEDOS conductor : PSS y poliuretano ( PU) La segunda capa es un supercondensador ( SuperCapacitor ), y la tercera capa es un nanogenerador triboeléctrico (TENG). Las tres capas están aisladas entre sí por un dieléctrico - PDMS .(ad) Representación esquemática del sensor en el cuerpo humano y los elementos principales del sensor TENG, SC y un elemento sensible a la tracción. (e) Micrografía de un material compuesto basado en varillas de plata en una matriz polimérica. (f) Fotografía del sensor en sí: en la parte superior hay un TENG, en el medio hay un supercondensador, en la parte inferior un elemento sensible.En condiciones de laboratorio, dicho sensor ha confirmado completamente su idoneidad. Ubicado en la garganta (tráquea), no solo permite medir cuantitativamente las características, sino también distinguir entre la respiración y la tos, para separar la ingestión simple de saliva de beber, así como el proceso de absorción de alimentos.(a) Monitoreo de la respiración humana usando un sensor desarrollado. (bf) El cambio en la resistencia del sensor solo depende del tiempo de respiración, tos, bebida, deglución y alimentación. (gl) Medidas similares tomadas con un dispositivo integrado.Como señalan los propios autores del trabajo, todavía queda un largo camino por recorrer (por ejemplo, integrar el procesamiento y la transmisión de datos en el dispositivo) antes de que veamos el producto en los estantes de las tiendas en forma de un "parche de seguimiento de actividad física", pero este es otro, puramente Tarea de ingeniería.El artículo original, " Dispositivos de lógica y memoria de puerta flotante con trampa de carga de nanotubos de carbono elásticos para dispositivos electrónicos portátiles ", se publica en ACSNano (DOI: 10.1021 / acsnano.5b01848 ).Y en parte, otro gran grupo de científicos surcoreanos de las universidades de Seúl, Incheon y Busan tomaron su decisión, quienes presentaron un prototipo basado en microelectrónica de estiramiento (puede leer más sobre electrónica flexible y de estiramiento aquí y aquí ).La base de este desarrollo son los nanotubos de carbono de pared simple ( CNT ), que se encuentran en estado semiconductor. La figura a continuación muestra una especie de "tableta" transparente de muñequera, que consta de varios elementos como memoria flash, varios elementos lógicos ( inventores , compuertas NOR y NAND), así como condensadores.Diagrama de un dispositivo de prueba fabricado, que consta de elementos de memoria, lógica y condensadores.Loselementos del dispositivo se colocan en el dieléctrico PDMS encontrado anteriormente, que actúa como una matriz flexible y protege los elementos sensibles del daño:El prototipo creado se puede doblar, estirar, apretar, apretar, doblar, ¡todo lo que el alma desea!Los autores del trabajo llevaron a cabo una amplia gama de estudios para mostrar y demostrar que la variedad de componentes microelectrónicos que crearon puede soportar tensiones y compresiones repetidas (más de 1000 veces) de hasta un 20%, así como también doblarse con un radio de hasta 5 mm sin cambios significativos en las características.Y nuevamente tenemos que esperar hasta que esta tecnología encuentre una respuesta en una de las nuevas empresas o compañías gigantes y, por ejemplo, llevaremos el teclado del teléfono por un lado, como en este video clip:El artículo original, Transparent Stretchable Self-Powered Patched Sensor Platform with Ultrasensitive Recognition of Human Activities , se publica en ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b01835 ).Y el último dispositivo sensor hoy, pero ya fabricado con nanotubos de carbono convencionales (CNT), fue presentado por un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la Universidad de Singapur. Para esto, los nanotubos se cultivaron primero en forma de una matriz macroscópica o bosque lo suficientemente grande, y luego se hicieron fibras largas de nanotubos individuales, que se colocaron en un sustrato flexible de material Ecoflex (paneles ayb en la imagen a continuación).El principio de funcionamiento de dicho sensor es bastante simple (g). Las CNT se encuentran en un sustrato flexible de polímero de tal manera que se superponen parcialmente entre sí, proporcionando conductividad eléctrica. Sin embargo, bajo tensión, el contacto entre ellos se debilita y se rompe en algún momento, y la resistencia eléctrica aumenta significativamente (d).Sensor de nanotubos de carbono súper elástico. (a) Representación esquemática del "desempaque" de un bosque de nanotubos de carbono en un sustrato. (b) Fotografía del proceso en sí y microfotografías de CNT. (c) Fotografías del sensor fabricado en el trabajo y las curvas de deformación obtenidas (cambio de resistencia dependiendo de la tensión). (ef) Microfotografías del sensor a diferentes grados de estiramiento. (g) Diagrama esquemático y principio de funcionamiento del dispositivo en tensión.Sin embargo, los científicos decidieron no detenerse allí e hicieron otro sensor que es sensible al estiramiento en dos direcciones. En consecuencia, los nanotubos de carbono en él se colocan perpendiculares entre sí., . , , .«Extremely Elastic Wearable Carbon Nanotube Fiber Strain Sensor for Monitoring of Human Motion» ACSNano (DOI: 10.1021/acsnano.5b00599).En dos artículos de la revisión de sensores triboeléctricos y microelectrónica portátil, tratamos de describir las principales características y tendencias de los desarrollos científicos y tecnológicos en este campo. Como ya se señaló en la primera parte , el progreso en los últimos dos años es simplemente sorprendente: muy pronto deberíamos ver los primeros signos de estos dispositivos, sensores y pantallas en los "estantes" de las tiendas electrónicas chinas.¡Vivimos tiempos maravillosos, camaradas!Y para no perderte nada interesante y entretenido, suscríbete a nuestro blog .No es difícil para ti, ¡pero estamos encantados!
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