Peking University bruger 3D-printmetoder til at gøre nye fremskridt i forskningen af ​​fleksible piezoelektriske keramiske kompositter

Piezoelektriske materialer har en fremragende evne til at omdanne mekanisk kraft til elektrisk ladning og omvendt. Piezoelektrisk keramik såsom blyzirkonattitanat, blymagnesiumniobat-blytitanat osv. er blevet meget brugt i sensorer, aktuatorer, transducere og energihøstere. Imidlertid piezokeramisk materiale er i sig selv skørt. For traditionelle keramiske materialer er mekanisk fleksibilitet og piezoelektricitet to modstridende egenskaber. Forbedring af en præstation skader normalt den anden. For eksempel har blyzirkonattitanatbaseret keramik højere piezoelektriske egenskaber, men på grund af deres iboende skørhed er blyzirkonattitanatbaseret keramik ikke egnet til direkte integration i fleksible elektroniske enheder. For at udvide anvendelsen af ​​piezoelektriske materialer i fleksibel sansning og andre områder er det nødvendigt at udvikle fleksible piezoelektriske keramiske kompositmaterialer, der har både mekanisk fleksibilitet og respons på miljømæssige mekaniske vibrationer eller eksterne stimuli.

eller heterojunction struktur, den piezoelektriske spændingskoefficient for den polariserede piezoelektrisk kompositmateriale er også blevet væsentligt forbedret, som kan nå 400×10-3 V m N -1. Yderligere forskning fandt ud af, at det polariserede 3D-printede piezoelektriske kompositmateriale har høj følsomhed over for små fingertryk og har en stor spændingsreaktion på påvirkningen af ​​frit faldende genstande; gennem elektromekanisk kobling, kan det være effektivt. Den indførte mekaniske energi omdannes til elektrisk energi, og 20 kommercielle røde LED-lys kan tændes uden brug af nogen ladningslagerenhed. Resultaterne af denne forskning forventes at have et vigtigt anvendelsespotentiale i fremtidige fleksible bærbare elektroniske enheder, robotisk fleksibel sansning og biosignalgenkendelse samt mekanisk energigenvinding.

Ultralydsmotor, der viser stor kraft i medicinsk udstyr

Medicinsk mikromaskine strømkilde-USM

 

Hovedproblemet med den nuværende forskning inden for biomedicinske mikromekaniske systemer er at finde en lille, langsigtet strømkilde og at pakke medicinen ind i en kapsel eller pakke og udføre verifikation og overvågning. Lægemiddelleveringsanordninger og -systemer fremstillet af mikrofremstillingsteknologi har i øjeblikket mange avancerede teknologier, især inden for levering af lægemidler gennem mikroprober og frigivelse af lægemidler, der sprøjtes ind i den menneskelige krop.

Jet-mikrosystemet til lægemiddellevering inkluderer mikro-ultralydsmotorer eller mikro piezoelektriske pumper, elektroforeseplastre og smarte piller. Ultralydsmotorer bruges som kraften i mikromedicinske anordninger til at lede trækkraften medicinsk udstyr ind i den menneskelige krop eller levere lægemidler til den menneskelige krop.

 

USM viser stor magt inden for medicinsk udstyr

I processen med gentransplantation og kunstig befrugtning er det en uundværlig operation at indsætte en lille pipette i cytoplasmaet. Når piezokeramiske transducere fungerer med en traditionel hydraulisk aktuator, på grund af cellemembranens elasticitet vil hele cellen blive meget deformeret, og denne overdrevne deformation vil forårsage skade på cellekernen. Laboratoriet har udviklet et sæt cellemanipulationsmikrobehandlingssystem, som bruger en lineær ultralydsmotor for at opnå en jævn bevægelse uden større deformation af cellemembranen.

 

Ultralydsmotorer med flere frihedsgrader bruges også til kirurgiske operationer. Den udviklede cylindriske multi-frihedsgrad ultralydsmotor anvendes på kirurgiske pincet, og en neural netværksmetode foreslås til præcist at kontrollere pincetsens rotationsvinkle.

I kapselendoskopet er det et vanskeligt problem, hvordan man kontrollerer linsens rotation og fokus. Brugen af ​​en ny piezoelektrisk rør-type ultralyds mikromotor giver en løsning på dette problem. Den vigtigste forbedring ligger i brugen af ​​et hul piezoelektrisk keramisk rør  ultralydsmotor og et prisme med en fokuserende overflade. Den optiske fiber indsættes i den hule ultralydsmotor, lyset kollimeres af den selvfokuserende linse og reflekteres derefter af prismet, indtil det kommer ud, fokuseres det af en asfærisk overflade. Når motoren fungerer, kan den drive den selvfokuserende linse og prismet til at rotere på samme tid for at realisere den cirkulære scanning. Dette kan væsentligt forkorte det optiske systems arbejdsafstand og forbedre den laterale opløsning. På samme tid, fordi den optiske fiber og motoren er på samme side, forkortes længden af ​​sonden, og problemer såsom motortråden, der blokerer billeddannelsen, undgås.

 

USM er meget velegnet til NMR

 

Fordi ultralydsmotoren ikke genererer et magnetfelt af sig selv og ikke er udsat for magnetfeltinterferens, er den meget praktisk til kernemagnetisk resonans. Når en patient gennemgår en MR-undersøgelse, skal han injicere medicinsk opløsning, og injektionen kræver en konstant hastighed. Den bedste måde er at køre motoren med konstant hastighed, men den traditionelle elektromagnetiske motor genererer selv et magnetfelt, som forstyrrer billeddannelsen. Brugen af ​​ultralydsmotorer vil ikke.