Пекінський університет використовує методи 3D-друку для досягнення нових успіхів у дослідженні гнучких п’єзоелектричних керамічних композитів

П'єзоелектричні матеріали мають чудову здатність перетворювати механічну силу в електричний заряд і навпаки. П’єзоелектрична кераміка, така як цирконат титанат свинцю, ніобат магнію свинцю-титанат свинцю тощо, широко використовується в датчиках, приводах, перетворювачах і збирачах енергії. Однак, П'єзокераміка сама по собі крихка. Для традиційних керамічних матеріалів механічна гнучкість і п’єзоелектрика є двома суперечливими властивостями. Поліпшення однієї продуктивності зазвичай шкодить іншій. Наприклад, кераміка на основі цирконат-титанату свинцю має вищі п’єзоелектричні властивості, але через притаманну їм крихкість кераміка на основі цирконат-титанату свинцю не підходить для прямої інтеграції в гнучкі електронні пристрої. Для того, щоб розширити застосування п’єзоелектричних матеріалів у гнучкому зондуванні та інших областях, необхідно розробити гнучкі п’єзоелектричні керамічні композитні матеріали, які мають як механічну гнучкість, так і реакцію на механічні коливання навколишнього середовища або зовнішні подразники.

або структура гетеропереходу, коефіцієнт п'єзоелектричної напруги поляриз П'єзоелектричний композитний матеріал також був значно вдосконалений, який може досягати 400×10-3 В · м Н -1. Подальші дослідження показали, що поляризований 3D-друкований п’єзоелектричний композитний матеріал має високу чутливість до легких постукань пальцями та має велику реакцію напруги на удар вільного падіння об’єктів; завдяки електромеханічному з’єднанню його можна ефективно. Вхідна механічна енергія перетворюється на електричну енергію, і 20 комерційних червоних світлодіодних ліхтарів можна запалювати без використання накопичувача заряду. Очікується, що результати цього дослідження матимуть важливий потенціал застосування в майбутніх гнучких переносних електронних пристроях, роботизованому гнучкому зондуванні та розпізнаванні біосигналів, а також у рекуперації механічної енергії.

Ультразвуковий двигун, який демонструє велику потужність у медичному обладнанні

Медичне мікромашинне джерело живлення-УСМ

 

Основна проблема сучасних досліджень у галузі біомедичних мікромеханічних систем полягає в тому, щоб знайти невелике, довгострокове джерело живлення, упакувати ліки в капсулу або упаковку, провести верифікацію та моніторинг. Пристрої та системи доставки ліків, виготовлені за технологією мікровиробництва, наразі мають багато передових технологій, особливо в доставці ліків через мікрозонди та вивільненні ліків, введених в організм людини.

Струминна мікросистема для доставки ліків включає мікроультразвукові двигуни або мікроп’єзоелектричні насоси, пластирі для електрофорезу та розумні таблетки. Ультразвукові двигуни використовуються як потужність мікромедичних пристроїв для направлення тягових медичних пристроїв у тіло людини або доставки ліків до тіла людини.

 

USM демонструє велику силу в медичному обладнанні

У процесі трансплантації генів і штучного запліднення введення крихітної піпетки в цитоплазму є незамінною операцією. Коли П'єзокерамічні перетворювачі працюють із традиційним гідравлічним приводом, через еластичність клітинної мембрани вся клітина буде сильно деформована, і ця надмірна деформація призведе до пошкодження клітинного ядра. Лабораторія розробила набір мікропроцесорної системи для маніпулювання клітинами, яка використовує ударний лінійний ультразвуковий двигун для досягнення плавного руху без значної деформації клітинної мембрани.

 

Ультразвукові двигуни з кількома ступенями свободи також використовуються в хірургічних операціях. Розроблений циліндричний ультразвуковий двигун із кількома ступенями свободи застосовано до хірургічних щипців, а метод нейронної мережі пропонується для точного контролю кута повороту щипців.

У капсульному ендоскопі складною проблемою є те, як контролювати обертання та фокусування лінзи. Використання нового ультразвукового мікромотора типу п’єзоелектричної трубки забезпечує вирішення цієї проблеми. Ключове вдосконалення полягає у використанні дупла п'єзоелектрична керамічна трубка  ультразвуковий двигун і призма з фокусуючою поверхнею. Оптичне волокно вставляється в порожнистий ультразвуковий двигун, світло колімується самофокусуючою лінзою, а потім відбивається призмою, поки воно не виходить, воно фокусується асферичною поверхнею. Коли двигун працює, він може одночасно обертати самофокусуючу лінзу та призму, щоб реалізувати кругове сканування. Це може значно скоротити робочу відстань оптичної системи та покращити поперечну роздільну здатність. У той же час, оскільки оптичне волокно та двигун розташовані з однієї сторони, довжина зонда скорочується, і таких проблем, як блокування зображення проводом двигуна, уникають.

 

USM дуже підходить для ЯМР

 

Оскільки ультразвуковий двигун сам по собі не створює магнітне поле та не піддається впливу магнітного поля, він дуже практичний для ядерного магнітного резонансу. Коли пацієнт проходить МРТ-дослідження, йому необхідно вводити лікарський розчин, причому введення вимагає постійної швидкості. Найкращий спосіб – рухати двигун на постійній швидкості, але традиційний електромагнітний двигун сам створює магнітне поле, яке заважає зображенню. Застосування ультразвукових двигунів не буде.