C'est la science: l'électronique portable et la triboélectricité. Partie 2
Bonjour encore lecteurs du blog Prestigio!Nous continuons de parler d'électronique portable. Dans un article précédent, nous avons parlé des alimentations électriques basées sur des générateurs triboélectriques. C'est maintenant le tour de l'électronique très mystérieuse et mystérieuse vraiment portable. Quelle science et technologie en est venue à cet aspect, vous le découvrirez sous la coupe!Beaucoup d'entre vous se demanderont: « Mais comment, en fait, les générateurs triboélectriques peuvent être utilisés dans la vie réelle s'ils génèrent une si petite quantité d'électricité? "Et la réponse à cette question est très simple: il est nécessaire de trouver de telles applications dans lesquelles une grande quantité d'électricité n'est pas nécessaire, bien que l'appareil lui-même puisse être extrêmement utile. Tels, par exemple, seront une variété de capteurs et de capteurs, y compris ceux portables.Nous commençons par un exemple qui a déjà été mis en évidence sur la GT.mais sans oublier que ce n'est tout simplement pas possible. Ainsi, un groupe de chercheurs chinois de l'Université des sciences et technologies de la ville de Huangzhou ainsi que des collègues de l'Université du Maryland ont présenté une idée intéressante de traduire la technologie de la triboélectricité en un véritable appareil.Les auteurs d'un article publié dans le prestigieux magazine ACS Nano ont suggéré d'utiliser de grands panneaux du soi-disant «nanopapier auto-alimenté» comme capteur tactile, par exemple, pour protéger les œuvres d'art ou empêcher les gens d'entrer dans la pièce par une fenêtre, ainsi que lors de la création de smart emballage. La base de l'appareil, comme de nombreux autres appareils triboélectriques constituent deux couches de papier transparent spécialement texturées qui, au contact, produisent quelques dizaines de volts et quelques microampères de courant électrique, ce qui est suffisant pour déclencher un relais ou faire clignoter une LED.Quelques couches fonctionnelles, assemblées ensemble, et le dispositif triboélectrique est prêt.Nostests ont montré que le papier «intelligent» créé peut résister à plus de 50 000 cycles de clics. De plus, il est facile de le découper en une sorte de "pixels" et de l'utiliser comme étiquette pour protéger les produits contre les contrefaçons. En cliquant sur l'un des quatre pixels illustrés dans la figure ci-dessous, un nombre de 1 à 4 s'affiche sur l'écran LCD, mais il peut s'agir du logo du fabricant. Une vidéo sur le site Web du magazine illustre cette fonctionnalité plus en détail.Protection multi-étapes contre les produits contrefaits: chacun des pixels peut être responsable de l'affichage de son logo.Eh bien, nous ne pouvons qu'attendre que nos amis de l'Empire du Milieu lancent la production de masse de ces produits, car la sortie d'étiquettes RFID bon marché a été établie.L'article original, Self-Powered Human-Interactive Transparent Nanopaper Systems , est publié dans ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b02414 ).Nous analyserons un autre exemple du domaine de la médecine et / ou du sport - celui qui l'aime le plus. Les bracelets, montres ou autres gadgets de fitness qui surveillent notre santé sont déjà largement entendus. Et bien que les médecins n'aient pas encore décidéQue faire des données obtenues par des gens ordinaires, pour que les athlètes surveillent le pouls, la respiration, la saturation en oxygène du sang est extrêmement important, et pas seulement pendant l'entraînement. À cette fin, les scientifiques de l'Université de Suwon ont développé des capteurs transparents, qui peuvent en fait simplement être collés au poignet ou au cou et surveiller tous les paramètres ci-dessus. De plus, le capteur sera utile en médecine pour surveiller l'état du patient et / ou des organes individuels avant, pendant ou après la chirurgie.Le capteur lui-même est un sandwich 3 en 1. La première couche est un élément sensible à la flexion et à la traction à base d'un matériau composite constitué de nanotiges d'argent dans une matrice de polymère PEDOS conducteur : PSS et polyuréthane ( PU) La deuxième couche est un supercondensateur ( SuperCapacitor ) et la troisième couche est un nanogénérateur triboélectrique (TENG). Les trois couches sont isolées les unes des autres par un diélectrique - PDMS .(ad) Représentation schématique du capteur sur le corps humain et les principaux éléments du capteur TENG, SC et d'un élément sensible à la traction. (e) Micrographie d'un matériau composite à base de bâtonnets d'argent dans une matrice polymère. f) Photographie du capteur lui-même: en haut, un TENG, au milieu, un supercondensateur, en bas, un élément sensible.En laboratoire, un tel capteur a pleinement confirmé sa pertinence. Situé sur la gorge (trachée), il permet non seulement de mesurer quantitativement les caractéristiques, mais aussi de distinguer entre la respiration et la toux, de séparer la simple ingestion de salive de boire, ainsi que le processus d'absorption des aliments.a) Surveillance de la respiration humaine à l'aide d'un capteur développé. (bf) Le changement de résistance du capteur seul dépend du temps de respiration, de toux, de consommation d'alcool, de déglutition et de repas. (gl) Mesures similaires prises avec un appareil intégré.Comme le notent les auteurs de l'ouvrage eux-mêmes, il reste encore un long chemin à parcourir (par exemple, intégrer le traitement et la transmission des données dans l'appareil) avant de voir le produit sur les étagères des magasins sous la forme d'un «patch tracker fitness» prêt à l'emploi, mais ceci est un autre, purement tâche d'ingénierie.L'article d'origine, « Mémoire à porte flottante à piège de charge et nanotubes de carbone extensibles et dispositifs logiques pour l'électronique portable », est publié dans ACSNano (DOI: 10.1021 / acsnano.5b01848 ).Et en partie, un autre grand groupe de scientifiques sud-coréens des universités de Séoul, Incheon et Busan a pris sa décision, qui a présenté un prototype basé sur l'étirage de la microélectronique (plus d'informations sur l'électronique flexible et l'étirement peuvent être lues ici et ici ).La base de ce développement est les nanotubes de carbone à paroi simple ( CNT ), qui sont à l'état semi-conducteur. La figure ci-dessous montre une sorte de «tablette» transparente pouvant être collée au poignet, composée de plusieurs éléments tels que la mémoire flash, divers éléments logiques ( inventaire , portes NOR et NAND), ainsi que des condensateurs.Diagramme d'un appareil de test fabriqué, composé d'éléments de mémoire, de logique et de condensateurs. Leséléments de l'appareil sont placés dans le diélectrique PDMS rencontré précédemment, qui joue le rôle d'une matrice flexible et protège les éléments sensibles contre les dommages:Le prototype créé peut être plié, étiré, pressé, pressé, plié - tout ce que l'âme désire!Les auteurs des travaux ont réalisé toute une série d'études pour montrer et prouver que la gamme de composants microélectroniques qu'ils ont créés peuvent résister à des tensions et compressions répétées (plus de 1000 fois) jusqu'à 20%, ainsi qu'à des flexions avec un rayon allant jusqu'à 5 mm sans changement significatif des caractéristiques.Et encore une fois, nous devons attendre que cette technologie trouve une réponse dans l'une des startups ou des sociétés géantes et, par exemple, nous porterons le clavier du téléphone d'une main, comme dans ce clip vidéo:L'article original, Transparent Stretchable Self-Powered Patchable Sensor Platform with Ultrasensitive Recognition of Human Activities , est publié dans ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b01835 ).Et le dernier capteur aujourd'hui, mais déjà fabriqué à partir de nanotubes de carbone conducteurs conventionnels (CNT), a été présenté par une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l'Université de Singapour. Pour cela, les nanotubes ont d'abord été cultivés sous la forme d'un réseau macroscopique suffisamment large, ou forêt, puis de longues fibres ont été fabriquées à partir de nanotubes individuels, qui ont été placés sur un substrat flexible de matériau Ecoflex (panneaux a et b dans l'image ci-dessous).Le principe de fonctionnement d'un tel capteur est assez simple (g). Les NTC sont situés sur un substrat flexible en polymère de telle manière qu'ils se chevauchent partiellement, fournissant une conductivité électrique. Cependant, sous tension, le contact entre eux s'affaiblit et se rompt à un moment donné, et la résistance électrique augmente considérablement (d).Capteur de nanotubes de carbone super élastique. (a) Représentation schématique du «déballage» d'une forêt de nanotubes de carbone sur un substrat. (b) Photographie du processus lui-même et microphotographies des NTC. (c) Photographies du capteur fabriqué au travail et les courbes de déformation obtenues (changement de résistance en fonction de la tension). (ef) Microphotographies du capteur à différents degrés d'étirement. (g) Schéma de principe et principe de fonctionnement du dispositif en traction.Cependant, les scientifiques ont décidé de ne pas s'arrêter là et ont fabriqué un autre capteur sensible à l'étirement dans deux directions. En conséquence, les nanotubes de carbone qui s'y trouvent sont placés perpendiculairement les uns aux autres., . , , .«Extremely Elastic Wearable Carbon Nanotube Fiber Strain Sensor for Monitoring of Human Motion» ACSNano (DOI: 10.1021/acsnano.5b00599).Dans deux articles de la revue des capteurs triboélectriques et de la microélectronique portable, nous avons essayé de décrire les principales caractéristiques et tendances des développements scientifiques et technologiques dans ce domaine. Comme déjà noté dans la première partie , les progrès réalisés au cours des deux dernières années sont tout simplement incroyables - nous devrions très bientôt voir les premiers signes de ces appareils, capteurs et écrans sur les "étagères" des magasins d'électronique chinois.Nous vivons des moments merveilleux, camarades!Et pour ne rien manquer d'intéressant et de divertissant, abonnez-vous à notre blog .Ce n’est pas difficile pour vous, mais nous sommes ravis!
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