Peking University använder 3D-utskriftsmetoder för att göra nya framsteg i forskningen av flexibla piezoelektriska keramiska kompositer

Piezoelektriska material har en utmärkt förmåga att omvandla mekanisk kraft till elektrisk laddning och vice versa. Piezoelektrisk keramik såsom blyzirkonattitanat, blymagnesiumniobat-blytitanat, etc. har använts i stor utsträckning i sensorer, ställdon, givare och energiskördare. Men den piezokeramiskt material i sig är sprött. För traditionella keramiska material är mekanisk flexibilitet och piezoelektricitet två motstridiga egenskaper. Att förbättra en prestanda skadar vanligtvis den andra. Till exempel har blyzirkonattitanatbaserad keramik högre piezoelektriska egenskaper, men på grund av sin inneboende sprödhet är blyzirkonattitanatbaserad keramik inte lämplig för direkt integrering i flexibla elektroniska enheter. För att bredda tillämpningen av piezoelektriska material inom flexibel avkänning och andra områden är det nödvändigt att utveckla flexibla piezoelektriska keramiska kompositmaterial som har både mekanisk flexibilitet och svar på mekaniska vibrationer i miljön eller yttre stimuli.

eller heterojunction struktur, den piezoelektriska spänningskoefficienten för den polariserade piezoelektriskt kompositmaterial har också förbättrats avsevärt, vilket kan nå 400×10-3 V m N -1. Ytterligare forskning fann att det polariserade 3D-utskrivna piezoelektriska kompositmaterialet har hög känslighet för lätta fingerknackningar och har ett stort spänningssvar på påverkan av fritt fallande föremål; genom elektromekanisk koppling kan det effektivt. Den ingående mekaniska energin omvandlas till elektrisk energi och 20 kommersiella röda LED-lampor kan tändas utan att använda någon laddningslagringsenhet. Resultaten av denna forskning förväntas ha en viktig tillämpningspotential i framtida flexibla bärbara elektroniska enheter, robotisk flexibel avkänning och biosignaligenkänning, såväl som mekanisk energiåtervinning.

Ultraljudsmotor som visar stor kraft i medicinsk utrustning

Medicinsk mikromaskin kraftkälla-USM

 

Huvudproblemet med den nuvarande forskningen inom området biomedicinska mikromekaniska system är att hitta en liten, långsiktig kraftkälla och att packa läkemedlet i en kapsel eller förpackning, samt utföra verifiering och övervakning. Läkemedelstillförselanordningar och -system tillverkade av mikrotillverkningsteknologi har för närvarande många avancerade teknologier, särskilt vid leverans av läkemedel genom mikrosonder och frisättning av läkemedel som injiceras i människokroppen.

Jetmikrosystemet för läkemedelstillförsel inkluderar mikro-ultraljudsmotorer eller mikropiezoelektriska pumpar, elektroforesplåster och smarta piller. Ultraljudsmotorer används som kraften hos mikromedicinska apparater för att styra den medicinska utrustningen i människokroppen eller leverera läkemedel till människokroppen.

 

USM visar stor kraft inom medicinsk utrustning

I processen med gentransplantation och artificiell insemination är det en oumbärlig operation att sätta in en liten pipett i cytoplasman. När piezokeramiska givare arbetar med ett traditionellt hydrauliskt manöverdon, på grund av cellmembranets elasticitet kommer hela cellen att deformeras kraftigt, och denna överdrivna deformation kommer att orsaka skada på cellkärnan. Laboratoriet har utvecklat en uppsättning av cellmanipulation mikrobearbetningssystem, som använder en linjär ultraljudsmotor för att uppnå en jämn rörelse utan större deformation av cellmembranet.

 

Ultraljudsmotorer med flera frihetsgrader används också vid kirurgiska operationer. Den utvecklade cylindriska ultraljudsmotorn med flera frihetsgrader appliceras på kirurgiska pincett, och en neural nätverksmetod föreslås för att exakt styra pincettens rotationsvinkel.

I kapselendoskopet är hur man kontrollerar linsens rotation och fokus ett svårt problem. Användningen av en ny piezoelektrisk ultraljudsmikromotor av tubtyp ger en lösning på detta problem. Den viktigaste förbättringen ligger i användningen av en ihålighet piezoelektrisk keramiskt rör  ultraljudsmotor och ett prisma med en fokuseringsyta. Den optiska fibern sätts in i den ihåliga ultraljudsmotorn, ljuset kollimeras av den självfokuserande linsen och reflekteras sedan av prismat, tills det går ut, fokuseras det av en asfärisk yta. När motorn fungerar kan den driva den självfokuserande linsen och prismat att rotera samtidigt, för att realisera den cirkulära skanningen. Detta kan avsevärt förkorta det optiska systemets arbetsavstånd och förbättra den laterala upplösningen. Samtidigt, eftersom den optiska fibern och motorn är på samma sida, förkortas sondens längd och problem som att motorkabeln blockerar avbildningen undviks.

 

USM lämpar sig mycket bra för NMR

 

Eftersom ultraljudsmotorn inte genererar ett magnetfält av sig själv och inte är föremål för magnetfältstörningar, är den mycket praktisk för kärnmagnetisk resonans. När en patient genomgår en MR-undersökning måste han injicera medicinsk lösning, och injektionen kräver en konstant hastighet. Det bästa sättet är att driva motorn med konstant hastighet, men den traditionella elektromagnetiska motorn genererar i sig ett magnetfält, som stör avbildningen. Användningen av ultraljudsmotorer kommer inte.