Pekinško sveučilište koristi metode 3D ispisa za novi napredak u istraživanju fleksibilnih piezoelektričnih keramičkih kompozita

Piezoelektrični materijali imaju izvrsnu sposobnost pretvaranja mehaničke sile u električni naboj i obrnuto. Piezoelektrična keramika kao što je olovo cirkonat titanat, olovo magnezij niobat-olovo titanat, itd. naširoko se koristi u senzorima, aktuatorima, pretvaračima i skupljačima energije. Međutim, sam piezokeramički materijal je krt. Za tradicionalne keramičke materijale, mehanička fleksibilnost i piezoelektricitet dva su kontradiktorna svojstva. Poboljšanje jedne izvedbe obično šteti drugoj. Na primjer, keramika na bazi olovo cirkonat titanata ima bolja piezoelektrična svojstva, ali zbog svoje inherentne krtosti, keramika na bazi olovo cirkonat titanata nije prikladna za izravnu integraciju u fleksibilne elektroničke uređaje. Kako bi se proširila primjena piezoelektričnih materijala u fleksibilnim senzorima i drugim poljima, potrebno je razviti fleksibilne piezoelektrične keramičke kompozitne materijale koji imaju i mehaničku fleksibilnost i odgovor na mehaničke vibracije iz okoline ili vanjske podražaje.

ili heterospojnu strukturu, koeficijent piezoelektričnog napona polariziranog piezoelektrični kompozitni materijal također je značajno poboljšan, koji može doseći 400×10-3 V m N -1. Daljnjim istraživanjem utvrđeno je da polarizirani 3D ispisani piezoelektrični kompozitni materijal ima visoku osjetljivost na lagane udarce prstima i ima veliki odziv napona na udar slobodno padajućih objekata; putem elektromehaničke spojke može se učinkovito Ulazna mehanička energija pretvara se u električnu energiju, a 20 komercijalnih crvenih LED svjetala može se upaliti bez upotrebe jedinice za pohranjivanje naboja. Očekuje se da će rezultati ovog istraživanja imati važan potencijal primjene u budućim fleksibilnim nosivim elektroničkim uređajima, robotskom fleksibilnom senzoru i prepoznavanju biosignala, kao i mehaničkoj obnovi energije.

Ultrazvučni motor koji pokazuje veliku snagu u medicinskoj opremi

Medicinski mikrostrojni izvor napajanja-USM

 

Glavni problem dosadašnjih istraživanja u području biomedicinskih mikromehaničkih sustava je pronaći mali, dugotrajni izvor energije, pakirati lijek u kapsulu ili pakiranje te izvršiti verifikaciju i praćenje. Uređaji i sustavi za isporuku lijekova proizvedeni tehnologijom mikroproizvodnje trenutno imaju mnogo naprednih tehnologija, posebno u isporuci lijekova kroz mikro sonde i otpuštanju lijekova ubrizganih u ljudsko tijelo.

Mlazni mikro sustav za isporuku lijekova uključuje mikro ultrazvučne motore ili mikro piezoelektrične pumpe, flastere za elektroforezu i pametne pilule. Ultrazvučni motori koriste se kao snaga mikro-medicinskih uređaja za usmjeravanje trakcijskih medicinskih uređaja u ljudsko tijelo ili isporuku lijekova u ljudsko tijelo.

 

USM pokazuje veliku moć u medicinskoj opremi

U procesu transplantacije gena i umjetne oplodnje, umetanje sićušne pipete u citoplazmu neizostavna je operacija. Kada piezokeramički pretvornici rade s tradicionalnim hidrauličkim aktuatorom, zbog elastičnosti stanične membrane, cijela će se stanica jako deformirati, a ta će prekomjerna deformacija uzrokovati oštećenje stanične jezgre. Laboratorij je razvio skup mikroprocesnih sustava za manipulaciju stanicom, koji koristi udarni linearni ultrazvučni motor za postizanje glatkog kretanja bez veće deformacije stanične membrane.

 

Ultrazvučni motori s više stupnjeva slobode također se koriste u kirurškim operacijama. Razvijeni cilindrični ultrazvučni motor s više stupnjeva slobode primjenjuje se na kirurške pincete, a predložena je metoda neuronske mreže za preciznu kontrolu kuta rotacije pinceta.

U endoskopu s kapsulom, kako kontrolirati rotaciju i fokus leće je težak problem. Korištenje novog ultrazvučnog mikromotora tipa piezoelektrične cijevi nudi rješenje za ovaj problem. Ključno poboljšanje leži u korištenju šupljine piezoelektrični  ultrazvučni motor s keramičkom cijevi i prizma s površinom za fokusiranje. Optičko vlakno je umetnuto u šuplji ultrazvučni motor, svjetlost se kolimira samofokusirajućom lećom, a zatim reflektira prizma, dok ne izađe, fokusira se asferičnom površinom. Kada motor radi, može pokretati samofokusirajuću leću i prizmu da se okreću u isto vrijeme, kako bi se ostvarilo kružno skeniranje. To može značajno skratiti radnu udaljenost optičkog sustava i poboljšati bočnu razlučivost. U isto vrijeme, budući da su optičko vlakno i motor na istoj strani, duljina sonde je skraćena, a problemi kao što je žica motora koja blokira sliku su izbjegnuti.

 

USM je vrlo pogodan za NMR

 

Budući da ultrazvučni motor sam ne stvara magnetsko polje i nije podložan interferenciji magnetskog polja, vrlo je praktičan za nuklearnu magnetsku rezonanciju. Kada se pacijent podvrgava MRI pregledu, potrebno je ubrizgati ljekovitu otopinu, a ubrizgavanje zahtijeva konstantnu brzinu. Najbolji način je pokretati motor konstantnom brzinom, ali tradicionalni elektromagnetski motor sam stvara magnetsko polje koje ometa sliku. Korištenje ultrazvučnih motora neće.