Universiti Peking menggunakan kaedah percetakan 3D untuk membuat kemajuan baharu dalam penyelidikan komposit seramik piezoelektrik yang fleksibel

Bahan piezoelektrik mempunyai keupayaan yang sangat baik untuk menukar daya mekanikal kepada cas elektrik dan sebaliknya. Seramik piezoelektrik seperti plumbum zirkonat titanat, plumbum magnesium niobate-plumbum titanat, dll. telah digunakan secara meluas dalam penderia, penggerak, transduser dan penuai tenaga. Walau bagaimanapun, bahan piezoceramics itu sendiri rapuh. Untuk bahan seramik tradisional, fleksibiliti mekanikal dan piezoelektrik adalah dua sifat yang bertentangan. Meningkatkan satu prestasi biasanya merosakkan prestasi yang lain. Sebagai contoh, seramik berasaskan titanat zirkonat plumbum mempunyai sifat piezoelektrik yang lebih tinggi, tetapi disebabkan kerapuhan yang wujud, seramik berasaskan titanat zirkonat plumbum tidak sesuai untuk penyepaduan langsung ke dalam peranti elektronik yang fleksibel. Untuk meluaskan penggunaan bahan piezoelektrik dalam penderiaan fleksibel dan bidang lain, adalah perlu untuk membangunkan bahan komposit seramik piezoelektrik fleksibel yang mempunyai kelenturan mekanikal dan tindak balas kepada getaran mekanikal persekitaran atau rangsangan luar.

atau struktur heterojunction, pekali voltan piezoelektrik terkutub bahan komposit piezoelektrik juga telah dipertingkatkan dengan ketara, yang boleh mencapai 400×10-3 V m N -1. Penyelidikan lanjut mendapati bahawa bahan komposit piezoelektrik bercetak 3D terpolarisasi mempunyai kepekaan yang tinggi terhadap ketukan jari sedikit, dan mempunyai tindak balas voltan yang besar terhadap kesan objek jatuh bebas; melalui gandingan elektromekanikal, ia boleh menjadi berkesan Tenaga mekanikal input ditukar kepada tenaga elektrik, dan 20 lampu LED merah komersial boleh dinyalakan tanpa menggunakan sebarang unit simpanan cas. Hasil penyelidikan ini dijangka mempunyai potensi aplikasi penting dalam peranti elektronik boleh pakai fleksibel masa depan, penderiaan fleksibel robotik dan pengecaman biosignal, serta pemulihan tenaga mekanikal.

Motor ultrasonik yang menunjukkan kuasa besar dalam peralatan perubatan

Sumber kuasa mesin mikro perubatan-USM

 

Masalah utama penyelidikan semasa dalam bidang sistem mikromekanikal bioperubatan adalah untuk mencari sumber kuasa jangka panjang yang kecil, dan untuk membungkus ubat ke dalam kapsul atau bungkusan, dan melakukan pengesahan dan pemantauan. Peranti dan sistem penyampaian ubat yang dihasilkan oleh teknologi pembuatan mikro pada masa ini mempunyai banyak teknologi canggih, terutamanya dalam penghantaran ubat melalui probe mikro dan pelepasan ubat yang disuntik ke dalam tubuh manusia.

Sistem mikro jet untuk penghantaran dadah termasuk motor ultrasonik mikro atau pam piezoelektrik mikro, plaster elektroforesis dan pil pintar. Motor ultrasonik digunakan sebagai kuasa peranti mikro-perubatan untuk membimbing peranti perubatan daya tarikan ke dalam tubuh manusia atau menghantar dadah ke tubuh manusia.

 

USM menunjukkan kuasa besar dalam peralatan perubatan

Dalam proses pemindahan gen dan inseminasi buatan, memasukkan pipet kecil ke dalam sitoplasma adalah operasi yang sangat diperlukan. bila transduser piezoceramics beroperasi dengan penggerak hidraulik tradisional, kerana keanjalan membran sel, seluruh sel akan menjadi sangat cacat, dan ubah bentuk yang berlebihan ini akan menyebabkan kerosakan pada nukleus sel. Makmal telah membangunkan satu set sistem pemprosesan mikro manipulasi sel, yang menggunakan motor ultrasonik linear impak untuk mencapai pergerakan lancar tanpa ubah bentuk besar membran sel.

 

Motor ultrasonik berbilang darjah kebebasan juga digunakan dalam operasi pembedahan. Motor ultrasonik berbilang darjah kebebasan silinder yang dibangunkan digunakan pada forsep pembedahan, dan kaedah rangkaian saraf dicadangkan untuk mengawal sudut putaran forsep dengan tepat.

Dalam endoskop kapsul, bagaimana untuk mengawal putaran dan fokus kanta adalah masalah yang sukar. Penggunaan motor mikro ultrasonik jenis tiub piezoelektrik baharu memberikan penyelesaian kepada masalah ini. Penambahbaikan utama terletak pada penggunaan hollow motor ultrasonik tiub seramik piezoelektrik  dan prisma dengan permukaan memfokus. Gentian optik dimasukkan ke dalam motor ultrasonik berongga, cahaya disatukan oleh kanta pemfokusan diri, dan kemudian dipantulkan oleh prisma, sehingga ia keluar, ia difokuskan oleh permukaan asfera. Apabila motor berfungsi, ia boleh memacu kanta fokus kendiri dan prisma berputar pada masa yang sama, untuk merealisasikan pengimbasan bulat. Ini boleh memendekkan jarak kerja sistem optik dengan ketara dan meningkatkan resolusi sisi. Pada masa yang sama, kerana gentian optik dan motor berada pada sisi yang sama, panjang probe dipendekkan, dan masalah seperti wayar motor menghalang pengimejan dielakkan.

 

USM sangat sesuai untuk NMR

 

Oleh kerana motor ultrasonik tidak menghasilkan medan magnet dengan sendirinya, dan tidak tertakluk kepada gangguan medan magnet, ia sangat praktikal untuk resonans magnet nuklear. Apabila pesakit menjalani pemeriksaan MRI, dia perlu menyuntik penyelesaian ubat, dan suntikan memerlukan kelajuan yang berterusan. Cara terbaik ialah memandu motor pada kelajuan tetap, tetapi motor elektromagnet tradisional itu sendiri menghasilkan medan magnet, yang mengganggu pengimejan. Penggunaan motor ultrasonik tidak akan.