Uniwersytet w Pekinie wykorzystuje metody druku 3D, aby poczynić nowe postępy w badaniach nad elastycznymi piezoelektrycznymi kompozytami ceramicznymi

Materiały piezoelektryczne mają doskonałą zdolność przekształcania siły mechanicznej w ładunek elektryczny i odwrotnie. Ceramika piezoelektryczna, taka jak tytanian cyrkonianu ołowiu, niolan ołowiu, magnezu i tytanianu ołowiu itp., jest szeroko stosowana w czujnikach, siłownikach, przetwornikach i urządzeniach do pozyskiwania energii. Jednakże, Sam materiał piezoceramiczny jest kruchy. W przypadku tradycyjnych materiałów ceramicznych elastyczność mechaniczna i piezoelektryczność to dwie sprzeczne właściwości. Poprawa jednego działania zwykle szkodzi drugiemu. Na przykład ceramika na bazie tytanianu cyrkonianu ołowiu ma wyższe właściwości piezoelektryczne, ale ze względu na ich wrodzoną kruchość ceramika na bazie tytanianu cyrkonianu ołowiu nie nadaje się do bezpośredniej integracji z elastycznymi urządzeniami elektronicznymi. Aby poszerzyć zastosowanie materiałów piezoelektrycznych w czujnikach elastycznych i innych dziedzinach, konieczne jest opracowanie elastycznych piezoelektrycznych ceramicznych materiałów kompozytowych, które charakteryzują się zarówno elastycznością mechaniczną, jak i reakcją na mechaniczne wibracje środowiska lub bodźce zewnętrzne.

lub struktura heterozłączowa, współczynnik napięcia piezoelektrycznego spolaryzowanego piezoelektryczny materiał kompozytowy , który może osiągnąć 400×10-3 V m N -1. Znacząco udoskonalono także Dalsze badania wykazały, że spolaryzowany, piezoelektryczny materiał kompozytowy wydrukowany w 3D ma wysoką czułość na lekkie dotknięcia palcami i charakteryzuje się dużą reakcją napięciową na uderzenie swobodnie spadających obiektów; dzięki sprzężeniu elektromechanicznemu można to skutecznie wykorzystać. Wejściowa energia mechaniczna jest przekształcana w energię elektryczną, a 20 komercyjnych czerwonych diod LED może zostać zapalonych bez użycia modułu magazynującego ładunek. Oczekuje się, że wyniki tych badań będą miały istotny potencjał zastosowania w przyszłych elastycznych przenośnych urządzeniach elektronicznych, elastycznych czujnikach robotycznych i rozpoznawaniu sygnałów biologicznych, a także w odzyskiwaniu energii mechanicznej.

Silnik ultradźwiękowy, który wykazuje wielką moc w sprzęcie medycznym

Źródło zasilania mikromaszyn medycznych – USM

 

Głównym problemem obecnych badań w dziedzinie biomedycznych układów mikromechanicznych jest znalezienie małego, długotrwałego źródła zasilania, zapakowanie leku w kapsułkę lub opakowanie oraz przeprowadzenie weryfikacji i monitorowania. Urządzenia i systemy podawania leków wytwarzane w technologii mikroprodukcji posiadają obecnie wiele zaawansowanych technologii, zwłaszcza w zakresie dostarczania leków przez mikrosondy i uwalniania leków wstrzykiwanych do organizmu człowieka.

Mikrosystem strumieniowy do podawania leków obejmuje mikrosilniki ultradźwiękowe lub mikropompy piezoelektryczne, plastry do elektroforezy i inteligentne pigułki. Silniki ultradźwiękowe wykorzystywane są jako siła napędowa urządzeń mikromedycznych do wprowadzania trakcyjnych urządzeń medycznych do organizmu człowieka lub dostarczania leków do organizmu człowieka.

 

USM pokazuje wielką moc w sprzęcie medycznym

W procesie przeszczepiania genów i sztucznego zapłodnienia wprowadzenie do cytoplazmy maleńkiej pipetki jest operacją niezbędną. Gdy Przetworniki piezoceramiczne współpracują z tradycyjnym siłownikiem hydraulicznym, ze względu na elastyczność błony komórkowej cała komórka ulegnie znacznemu odkształceniu, a nadmierne odkształcenie spowoduje uszkodzenie jądra komórkowego. W laboratorium opracowano zestaw systemów mikroprocesorowych do manipulacji komórkami, który wykorzystuje udarowy liniowy silnik ultradźwiękowy w celu uzyskania płynnego ruchu bez większych deformacji błony komórkowej.

 

Silniki ultradźwiękowe o wielu stopniach swobody są również wykorzystywane w operacjach chirurgicznych. Opracowany cylindryczny silnik ultradźwiękowy o wielu stopniach swobody jest stosowany w kleszczach chirurgicznych, a do precyzyjnego kontrolowania kąta obrotu kleszczyków zaproponowano metodę sieci neuronowej.

W endoskopie kapsułkowym trudnym problemem jest kontrola obrotu i ostrości soczewki. Rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie nowego piezoelektrycznego mikrosilnika ultradźwiękowego typu rurowego. Kluczowe usprawnienie polega na zastosowaniu wgłębienia silnik ultradźwiękowy z piezoelektryczną rurką ceramiczną  i pryzmat z powierzchnią skupiającą. Światłowód jest wkładany do wydrążonego silnika ultradźwiękowego, światło jest kolimowane przez soczewkę samoogniskową, a następnie odbijane przez pryzmat, aż do wyjścia, jest skupiane przez asferyczną powierzchnię. Gdy silnik pracuje, może jednocześnie obracać soczewkę samoogniskową i pryzmat, aby uzyskać skanowanie kołowe. Może to znacznie skrócić odległość roboczą układu optycznego i poprawić rozdzielczość boczną. Jednocześnie, ponieważ światłowód i silnik znajdują się po tej samej stronie, długość sondy ulega skróceniu i unika się problemów, takich jak przewód silnika blokujący obrazowanie.

 

USM jest bardzo odpowiedni do NMR

 

Ponieważ silnik ultradźwiękowy sam nie generuje pola magnetycznego i nie podlega zakłóceniom pola magnetycznego, jest bardzo praktyczny w przypadku jądrowego rezonansu magnetycznego. Kiedy pacjent poddawany jest badaniu MRI, musi wstrzyknąć roztwór leczniczy, a wstrzyknięcie wymaga stałej prędkości. Najlepszym sposobem jest napędzanie silnika ze stałą prędkością, jednak tradycyjny silnik elektromagnetyczny sam generuje pole magnetyczne, które zakłóca obrazowanie. Zastosowanie silników ultradźwiękowych nie będzie.