Pekingin yliopisto käyttää 3D-tulostusmenetelmiä edistyäkseen joustavien pietsosähköisten keraamisten komposiittien tutkimuksessa

Pietsosähköisillä materiaaleilla on erinomainen kyky muuntaa mekaaninen voima sähkövaraukseksi ja päinvastoin. Pietsosähköistä keramiikkaa, kuten lyijyzirkonaattititanaattia, lyijy-magnesiumniobaatti-lyijytitanaattia jne., on käytetty laajalti antureissa, toimilaitteissa, muuntimissa ja energiankerääjöissä. Kuitenkin pietsokeraaminen materiaali itsessään on hauras. Perinteisillä keraamisilla materiaaleilla mekaaninen joustavuus ja pietsosähköisyys ovat kaksi ristiriitaista ominaisuutta. Yhden suorituskyvyn parantaminen yleensä vahingoittaa toista. Esimerkiksi lyijyzirkonaattititanaattipohjaisella keramiikalla on korkeammat pietsosähköiset ominaisuudet, mutta lyijyzirkonaattititanaattipohjainen keramiikka ei sovellu suoraan integroitavaksi joustaviin elektroniikkalaitteisiin luontaisen haurauden vuoksi. Pietsosähköisten materiaalien soveltamisen laajentamiseksi joustavissa sensoreissa ja muilla aloilla on tarpeen kehittää joustavia pietsosähköisiä keraamisia komposiittimateriaaleja, joilla on sekä mekaanista joustavuutta että vastetta ympäristön mekaanisiin värähtelyihin tai ulkoisiin ärsykkeisiin.

tai heteroliitosrakenne, polarisoidun pietsosähköinen jännitekerroin Pietsosähköistä komposiittimateriaalia on myös parannettu merkittävästi, mikä voi saavuttaa 400×10-3 V m N -1. Lisätutkimukset osoittivat, että polarisoidulla 3D-painetulla pietsosähköisellä komposiittimateriaalilla on suuri herkkyys pienille sormen napautuksille, ja sillä on suuri jännitevaste vapaasti putoavien esineiden iskuihin. sähkömekaanisen kytkimen avulla se voidaan tehokkaasti. Syöttö mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi ja 20 kaupallista punaista LED-valoa voidaan sytyttää ilman latausyksikköä. Tämän tutkimuksen tuloksilla odotetaan olevan merkittävää sovelluspotentiaalia tulevaisuuden joustavissa puettavissa elektroniikkalaitteissa, joustavassa robottitunnistuksessa ja biosignaalien tunnistamisessa sekä mekaanisessa energian talteenotossa.

Ultraäänimoottori, joka osoittaa suurta tehoa lääketieteellisissä laitteissa

Lääketieteellinen mikrokoneen virtalähde-USM

 

Nykyisen biolääketieteellisten mikromekaanisten järjestelmien tutkimuksen pääongelmana on löytää pieni, pitkäkestoinen virtalähde ja pakata lääke kapseliin tai pakkaukseen sekä suorittaa varmennus ja seuranta. Mikrovalmistustekniikalla valmistetuissa lääkkeiden annostelulaitteissa ja -järjestelmissä on tällä hetkellä monia edistyksellisiä tekniikoita, erityisesti lääkkeiden toimittamisessa mikrokoettimien kautta ja ihmiskehoon injektoitujen lääkkeiden vapauttamisessa.

Suihkumikrojärjestelmä lääkkeiden antamiseen sisältää mikro-ultraäänimoottoreita tai mikropietsosähköisiä pumppuja, elektroforeesilaastareita ja älypillereitä. Ultraäänimoottoreita käytetään mikrolääketieteellisten laitteiden voimana ohjaamaan lääketieteellisiä vetolaitteita ihmiskehoon tai kuljettamaan lääkkeitä ihmiskehoon.

 

USM osoittaa suurta voimaa lääketieteellisissä laitteissa

Geenisiirrossa ja keinosiemennysprosessissa pienen pipetin työntäminen sytoplasmaan on välttämätön toimenpide. Kun pietsokeramiikkamuuntimet toimivat perinteisellä hydraulisella toimilaitteella, solukalvon joustavuuden vuoksi koko solu vääntyy suuresti ja tämä liiallinen muodonmuutos vahingoittaa solun ydintä. Laboratorio on kehittänyt sarjan solumanipulaatiomikroprosessointijärjestelmää, joka käyttää iskulineaarista ultraäänimoottoria tasaisen liikkeen saavuttamiseksi ilman suuria solukalvon muodonmuutoksia.

 

Monen vapausasteen ultraäänimoottoreita käytetään myös kirurgisissa leikkauksissa. Kehitettyä sylinterimäistä monivapausasteen ultraäänimoottoria käytetään kirurgisissa pihdeissä, ja pihtien pyörimiskulman tarkkaan säätämiseen ehdotetaan hermoverkkomenetelmää.

Kapseliendoskoopissa linssin pyörimisen ja tarkennuksen säätäminen on vaikea ongelma. Uuden pietsosähköisen putkityyppisen ultraäänimikromoottorin käyttö tarjoaa ratkaisun tähän ongelmaan. Tärkein parannus on onton käyttö pietsosähköinen keraaminen  putki ultraäänimoottori ja prisma tarkennuspinnalla. Optinen kuitu työnnetään onttoon ultraäänimoottoriin, valo kollimoidaan itsetarkentuvalla linssillä ja heijastuu sitten prismasta, kunnes se poistuu, se fokusoidaan asfäärisellä pinnalla. Kun moottori toimii, se voi ajaa itsetarkentuvan linssin ja prisman pyörimään samanaikaisesti pyöreän skannauksen toteuttamiseksi. Tämä voi merkittävästi lyhentää optisen järjestelmän työskentelyetäisyyttä ja parantaa sivuttaisresoluutiota. Samalla, koska optinen kuitu ja moottori ovat samalla puolella, anturin pituus lyhenee ja vältytään ongelmilta, kuten kuvantamisen estävä moottorijohto.

 

USM soveltuu erittäin hyvin NMR:ään

 

Koska ultraäänimoottori ei synnytä magneettikenttää itsestään, eikä se ole alttiina magneettikentän häiriöille, se on erittäin käytännöllinen ydinmagneettisessa resonanssissa. Kun potilas joutuu MRI-tutkimukseen, hänen on ruiskutettava lääkeliuosta, ja injektio vaatii tasaista nopeutta. Paras tapa on ajaa moottoria tasaisella nopeudella, mutta perinteinen sähkömagneettinen moottori itse tuottaa magneettikentän, joka häiritsee kuvantamista. Ultraäänimoottoreiden käyttö ei.