Peking University bruker 3D-utskriftsmetoder for å gjøre nye fremskritt i forskningen av fleksible piezoelektriske keramiske kompositter

Piezoelektriske materialer har en utmerket evne til å konvertere mekanisk kraft til elektrisk ladning og omvendt. Piezoelektrisk keramikk som blyzirkonattitanat, blymagnesiumniobat-blytitanat osv. har vært mye brukt i sensorer, aktuatorer, transdusere og energihøstere. Imidlertid piezokeramikkmaterialet i seg selv er sprøtt. For tradisjonelle keramiske materialer er mekanisk fleksibilitet og piezoelektrisitet to motstridende egenskaper. Å forbedre en ytelse skader vanligvis den andre. For eksempel har blyzirkonat titanatbasert keramikk høyere piezoelektriske egenskaper, men på grunn av deres iboende sprøhet er blyzirkonat titanatbasert keramikk ikke egnet for direkte integrering i fleksible elektroniske enheter. For å utvide bruken av piezoelektriske materialer i fleksibel sansing og andre felt, er det nødvendig å utvikle fleksible piezoelektriske keramiske komposittmaterialer som har både mekanisk fleksibilitet og respons på mekaniske vibrasjoner eller ytre stimuli.

eller heterojunction struktur, den piezoelektriske spenningskoeffisienten til den polariserte piezoelektrisk komposittmateriale har også blitt betydelig forbedret, som kan nå 400×10-3 V m N -1. Ytterligere forskning fant at det polariserte 3D-trykte piezoelektriske komposittmaterialet har høy følsomhet for små fingertrykk, og har en stor spenningsrespons på påvirkningen av fritt fallende gjenstander; gjennom elektromekanisk kobling, kan det være effektivt. Den mekaniske inngående energien omdannes til elektrisk energi, og 20 kommersielle røde LED-lys kan tennes uten bruk av ladelagringsenhet. Resultatene av denne forskningen forventes å ha et viktig brukspotensial i fremtidige fleksible bærbare elektroniske enheter, robotisk fleksibel sensing og biosignalgjenkjenning, samt mekanisk energigjenvinning.

Ultralydmotor som viser stor kraft i medisinsk utstyr

Medisinsk mikromaskin strømkilde-USM

 

Hovedproblemet med dagens forskning innen biomedisinske mikromekaniske systemer er å finne en liten, langsiktig strømkilde, og å pakke medisinen inn i en kapsel eller pakke, og utføre verifisering og overvåking. Legemiddelleveringsenheter og -systemer produsert av mikroproduksjonsteknologi har for tiden mange avanserte teknologier, spesielt innen levering av legemidler gjennom mikroprober og frigjøring av legemidler injisert i menneskekroppen.

Jetmikrosystemet for medikamentlevering inkluderer mikro-ultralydmotorer eller mikro piezoelektriske pumper, elektroforeseplastre og smarte piller. Ultralydmotorer brukes som kraften til mikromedisinske enheter for å lede det medisinske utstyret inn i menneskekroppen eller levere medisiner til menneskekroppen.

 

USM viser stor kraft innen medisinsk utstyr

I prosessen med gentransplantasjon og kunstig inseminasjon er det en uunnværlig operasjon å sette inn en liten pipette i cytoplasmaet. Når piezokeramiske transdusere opererer med en tradisjonell hydraulisk aktuator, på grunn av elastisiteten til cellemembranen, vil hele cellen bli sterkt deformert, og denne overdrevne deformasjonen vil forårsake skade på cellekjernen. Laboratoriet har utviklet et sett med cellemanipulasjonsmikroprosesseringssystem, som bruker en lineær ultralydmotor for å oppnå en jevn bevegelse uten større deformasjon av cellemembranen.

 

Ultralydmotorer med flere frihetsgrader brukes også i kirurgiske operasjoner. Den utviklede sylindriske ultralydmotoren med flere frihetsgrader brukes på kirurgiske tang, og en nevrale nettverksmetode er foreslått for å nøyaktig kontrollere rotasjonsvinkelen til tangen.

I kapselendoskopet er hvordan man kontrollerer linsens rotasjon og fokus et vanskelig problem. Bruken av en ny piezoelektrisk rør-type ultrasonisk mikromotor gir en løsning på dette problemet. Den viktigste forbedringen ligger i bruken av et hul piezoelektrisk keramisk rør  ultralydmotor og et prisme med en fokuseringsoverflate. Den optiske fiberen settes inn i den hule ultralydmotoren, lyset kollimeres av den selvfokuserende linsen, og deretter reflekteres av prismet, til det kommer ut, fokuseres det av en asfærisk overflate. Når motoren fungerer, kan den drive den selvfokuserende linsen og prismet til å rotere samtidig, for å realisere den sirkulære skanningen. Dette kan redusere arbeidsavstanden til det optiske systemet betydelig og forbedre sideoppløsningen. På samme tid, fordi den optiske fiberen og motoren er på samme side, blir lengden på sonden forkortet, og problemer som at motorledningen blokkerer avbildningen unngås.

 

USM egner seg veldig godt for NMR

 

Fordi ultralydmotoren ikke genererer et magnetfelt av seg selv, og ikke er utsatt for magnetfeltinterferens, er den veldig praktisk for kjernemagnetisk resonans. Når en pasient gjennomgår en MR-undersøkelse, må han injisere medisinsk oppløsning, og injeksjonen krever konstant hastighet. Den beste måten er å drive motoren med konstant hastighet, men den tradisjonelle elektromagnetiske motoren genererer selv et magnetfelt, som forstyrrer avbildningen. Bruken av ultralydmotorer vil ikke.