Pekingská univerzita využívá metody 3D tisku k dosažení nového pokroku ve výzkumu flexibilních piezoelektrických keramických kompozitů

Piezoelektrické materiály mají vynikající schopnost přeměňovat mechanickou sílu na elektrický náboj a naopak. Piezoelektrická keramika, jako je zirkoničitan titaničitý, niobičnan hořečnatý a titaničitan olovnatý, atd., se široce používá v senzorech, akčních členech, převodnících a sběračích energie. Nicméně, Piezokeramický materiál je sám o sobě křehký. U tradičních keramických materiálů jsou mechanická flexibilita a piezoelektřina dvě protichůdné vlastnosti. Zlepšení jednoho výkonu obvykle poškodí druhý. Například keramika na bázi zirkoničitanu titaničitanu olovnatého má vyšší piezoelektrické vlastnosti, ale vzhledem ke své vlastní křehkosti není keramika na bázi zirkoničitanu a titanátu vhodná pro přímou integraci do flexibilních elektronických zařízení. Aby bylo možné rozšířit použití piezoelektrických materiálů ve flexibilním snímání a dalších oblastech, je nutné vyvinout flexibilní piezoelektrické keramické kompozitní materiály, které mají jak mechanickou flexibilitu, tak reakci na okolní mechanické vibrace nebo vnější podněty.

nebo heterojunction struktury, piezoelektrický napěťový koeficient polarizovaného piezoelektrický kompozitní materiál , který může dosáhnout 400×10-3 V m N -1. Výrazně byl vylepšen také Další výzkum zjistil, že polarizovaný 3D tištěný piezoelektrický kompozitní materiál má vysokou citlivost na lehké poklepání prsty a má velkou napěťovou odezvu na dopad volně padajících předmětů; díky elektromechanické vazbě může být efektivně Vstupní mechanická energie přeměněna na elektrickou energii a 20 komerčních červených LED světel lze rozsvítit bez použití jakékoli jednotky pro ukládání náboje. Očekává se, že výsledky tohoto výzkumu budou mít významný aplikační potenciál v budoucích flexibilních nositelných elektronických zařízeních, robotickém flexibilním snímání a rozpoznávání biosignálů, stejně jako při rekuperaci mechanické energie.

Ultrazvukový motor, který vykazuje velkou sílu v lékařských zařízeních

Lékařský mikrostrojový zdroj energie-USM

 

Hlavním problémem současného výzkumu v oblasti biomedicínských mikromechanických systémů je najít malý, dlouhodobý zdroj energie, zabalit lék do kapsle nebo obalu a provést ověření a monitorování. Zařízení a systémy pro podávání léků vyráběné mikrovýrobní technologií mají v současné době mnoho pokročilých technologií, zejména v dodávání léků pomocí mikrosond a uvolňování léků vstřikovaných do lidského těla.

Tryskový mikrosystém pro podávání léků zahrnuje mikro ultrazvukové motory nebo mikro piezoelektrická čerpadla, elektroforézní náplasti a chytré pilulky. Ultrazvukové motory se používají jako síla mikromedicínských zařízení k navádění trakčních lékařských zařízení do lidského těla nebo dodávání léků do lidského těla.

 

USM ukazuje velkou sílu v lékařském vybavení

V procesu genové transplantace a umělé inseminace je vložení malé pipety do cytoplazmy nepostradatelnou operací. Když piezokeramické měniče pracují s tradičním hydraulickým pohonem, v důsledku elasticity buněčné membrány dojde k velké deformaci celého článku a tato nadměrná deformace způsobí poškození buněčného jádra. Laboratoř vyvinula sadu mikroprocesorového systému pro manipulaci s buňkami, který využívá nárazový lineární ultrazvukový motor k dosažení plynulého pohybu bez větší deformace buněčné membrány.

 

Ultrazvukové motory s více stupni volnosti se také používají při chirurgických operacích. Vyvinutý válcový ultrazvukový motor s více stupni volnosti je aplikován na chirurgické kleště a je navržena metoda neuronové sítě pro přesné řízení úhlu rotace kleští.

U kapslového endoskopu je obtížný problém, jak ovládat rotaci a zaostření čočky. Použití nového ultrazvukového mikromotoru piezoelektrické trubice poskytuje řešení tohoto problému. Klíčové zlepšení spočívá v použití dutiny piezoelektrický keramický trubkový  ultrazvukový motor a hranol s fokusační plochou. Optické vlákno je vloženo do dutého ultrazvukového motoru, světlo je kolimováno samozaostřovací čočkou a následně odraženo hranolem, dokud nevyjde, je zaostřeno asférickým povrchem. Když motor pracuje, může současně pohánět samozaostřovací čočku a hranol, aby se realizovalo kruhové skenování. To může výrazně zkrátit pracovní vzdálenost optického systému a zlepšit boční rozlišení. Současně, protože optické vlákno a motor jsou na stejné straně, je délka sondy zkrácena a je zabráněno problémům, jako je drát motoru blokující zobrazení.

 

USM je velmi vhodný pro NMR

 

Protože ultrazvukový motor sám o sobě nevytváří magnetické pole a nepodléhá interferenci magnetického pole, je velmi praktický pro nukleární magnetickou rezonanci. Když pacient podstoupí vyšetření magnetickou rezonancí, musí si aplikovat léčivý roztok a injekce vyžaduje konstantní rychlost. Nejlepší způsob je pohánět motor konstantní rychlostí, ale tradiční elektromagnetický motor sám generuje magnetické pole, které ruší zobrazování. Použití ultrazvukových motorů nebude.