Peking University gebruikt 3D-printmethoden om nieuwe vooruitgang te boeken in het onderzoek naar flexibele piëzo-elektrische keramische composieten

Piëzo-elektrische materialen hebben een uitstekend vermogen om mechanische kracht om te zetten in elektrische lading en omgekeerd. Piëzo-elektrische keramiek zoals loodzirkonaattitanaat, loodmagnesiumniobaat-loodtitanaat, enz. worden op grote schaal gebruikt in sensoren, actuatoren, transducers en energieoogsters. Echter, de piëzokeramiekmateriaal zelf is bros. Voor traditionele keramische materialen zijn mechanische flexibiliteit en piëzo-elektriciteit twee tegenstrijdige eigenschappen. Het verbeteren van de ene prestatie schaadt meestal de andere. Keramiek op basis van loodzirkonaattitanaat heeft bijvoorbeeld hogere piëzo-elektrische eigenschappen, maar vanwege hun inherente brosheid is keramiek op basis van loodzirkonaattitanaat niet geschikt voor directe integratie in flexibele elektronische apparaten. Om de toepassing van piëzo-elektrische materialen op het gebied van flexibele detectie en andere velden te verbreden, is het noodzakelijk flexibele piëzo-elektrische keramische composietmaterialen te ontwikkelen die zowel mechanische flexibiliteit hebben als reageren op mechanische trillingen uit de omgeving of externe stimuli.

of heterojunctiestructuur, de piëzo-elektrische spanningscoëfficiënt van de gepolariseerde piëzo-elektrisch composietmateriaal is ook aanzienlijk verbeterd, en kan 400×10-3 VmN-1 bereiken. Uit verder onderzoek is gebleken dat het gepolariseerde 3D-geprinte piëzo-elektrische composietmateriaal een hoge gevoeligheid heeft voor lichte vingertikken en een grote spanningsrespons heeft op de impact van vrij vallende voorwerpen; via elektromechanische koppeling kan dit effectief zijn. De ingevoerde mechanische energie wordt omgezet in elektrische energie en 20 commerciële rode LED-lampen kunnen worden aangestoken zonder gebruik te maken van een laadopslageenheid. De resultaten van dit onderzoek zullen naar verwachting een belangrijk toepassingspotentieel hebben in toekomstige flexibele draagbare elektronische apparaten, flexibele robotdetectie en biosignaalherkenning, evenals mechanische energieterugwinning.

Ultrasone motor die grote kracht laat zien in medische apparatuur

Medische micro-machine stroombron-USM

 

Het belangrijkste probleem van het huidige onderzoek op het gebied van biomedische micromechanische systemen is het vinden van een kleine energiebron voor de lange termijn, het verpakken van het medicijn in een capsule of verpakking, en het uitvoeren van verificatie en monitoring. Apparaten en systemen voor medicijnafgifte die zijn vervaardigd met behulp van microproductietechnologie beschikken momenteel over veel geavanceerde technologieën, vooral op het gebied van de toediening van medicijnen via microsondes en de afgifte van medicijnen die in het menselijk lichaam worden geïnjecteerd.

Het jet-microsysteem voor medicijnafgifte omvat micro-ultrasone motoren of micro-piëzo-elektrische pompen, elektroforesepleisters en slimme pillen. Ultrasone motoren worden gebruikt als de kracht van micro-medische apparaten om de medische tractie-apparaten in het menselijk lichaam te geleiden of medicijnen aan het menselijk lichaam af te geven.

 

USM toont grote kracht in medische apparatuur

Bij gentransplantatie en kunstmatige inseminatie is het inbrengen van een kleine pipet in het cytoplasma een onmisbare operatie. Wanneer Piezokeramische transducers werken met een traditionele hydraulische actuator. Vanwege de elasticiteit van het celmembraan zal de hele cel sterk worden vervormd, en deze overmatige vervorming zal schade aan de celkern veroorzaken. Het laboratorium heeft een microverwerkingssysteem voor celmanipulatie ontwikkeld, dat gebruik maakt van een lineaire ultrasone motor om een ​​soepele beweging te bereiken zonder grote vervorming van het celmembraan.

 

Ultrasone motoren met meerdere vrijheidsgraden worden ook gebruikt bij chirurgische ingrepen. De ontwikkelde cilindrische ultrasone motor met meerdere vrijheidsgraden wordt toegepast op chirurgische forceps, en er wordt een neurale netwerkmethode voorgesteld om de rotatiehoek van de forceps nauwkeurig te regelen.

Bij de capsule-endoscoop is het regelen van de rotatie en focus van de lens een lastig probleem. Het gebruik van een nieuwe ultrasone micromotor van het piëzo-elektrische buistype biedt een oplossing voor dit probleem. De belangrijkste verbetering ligt in het gebruik van een holte piëzo-elektrische ultrasone motor met keramische buizen  en een prisma met een focusseeroppervlak. De optische vezel wordt in de holle ultrasone motor gestoken, het licht wordt gecollimeerd door de zelffocusserende lens en vervolgens gereflecteerd door het prisma, totdat het naar buiten komt, wordt het gefocusseerd door een asferisch oppervlak. Wanneer de motor werkt, kan deze de zelffocusserende lens en het prisma tegelijkertijd laten draaien, om de cirkelvormige scan te realiseren. Dit kan de werkafstand van het optische systeem aanzienlijk verkorten en de laterale resolutie verbeteren. Tegelijkertijd wordt, omdat de optische vezel en de motor zich aan dezelfde kant bevinden, de lengte van de sonde verkort en worden problemen zoals de motordraad die de beeldvorming blokkeert vermeden.

 

USM is zeer geschikt voor NMR

 

Omdat de ultrasone motor zelf geen magnetisch veld genereert en niet onderhevig is aan magnetische veldinterferentie, is deze zeer praktisch voor kernmagnetische resonantie. Wanneer een patiënt een MRI-onderzoek ondergaat, moet hij een medicinale oplossing injecteren, en de injectie vereist een constante snelheid. De beste manier is om de motor met een constante snelheid aan te drijven, maar de traditionele elektromagnetische motor genereert zelf een magnetisch veld dat de beeldvorming verstoort. Het gebruik van ultrasone motoren zal dat niet doen.