Датчики амфибии и водонепроницаемые технологии

Обзор датчика подводного деформации.(а) Процесс изготовления датчика амфибийного деформации.(б) исходный датчик и датчик после 20% растяжения и скручивания.(c) Кончик трещины под микроскопом при нулевом деформации и 20% деформации.(d) Схематический вид стороны трехслойной структуры датчика деформации.(e) Вид сбоку датчика деформации под микроскопом при нулевой деформации и при 20% деформации.

Исследователи продемонстрировали метод создания датчиков, которые могут функционировать как в воздухе, так и под водой.Подход прокладывает путь для «амфибийных» датчиков с приложениями, начиная от мониторинга дикой природы до биомедицинских применений.

Новые результаты сосредоточены на датчиках деформации, которые измеряют деформацию, что означает, что они могут быть использованы для измерения того, как все растягивается, сгибается и перемещается.

«Например, существует интерес к созданию датчиков деформации, которые можно использовать в биомедицинских приложениях, таких как датчики, которые можно использовать для наблюдения за поведением кровеносных сосудов и других биологических систем», - говорит Шуан Ву, первый автор статьи оРабота и постдокторский исследователь в Университете штата Северная Каролина.

«Другие возможные приложения включают создание датчиков, которые могут измерить, как рыба движется под водой, контроль здоровья в дикой природе и так далее».

«Тем не менее, большая проблема при создании таких носимых или имплантируемых датчиков деформации является обеспечение того, чтобы датчики могли работать во влажных средах», - говорит Юн Чжу, соответствующий автору статьи и выдающегося профессора механической и аэрокосмической техники в NC и Эндрю А. Адамс.Состояние.

«Наша цель с этой работой состояла в том, чтобы создать датчики, которые прослужили бы долгое время во влажной среде, не жертвуя производительностью датчика», - говорит Ву.

Имея в виду эту цель, исследовательская группа начала с использования чувствительного датчика деформации, который команда разработала в конце 2022 года. Затем исследователи зажгли датчик между двумя тонкими пленками из высокоэластичного водонепроницаемого полимера.

Полимер инкапсулирует датчик.Это удерживает воду, но не ограничивает движение датчика, как большинство других инкапсуляций из -за его уникальной конструкции интерфейса.Это дает датчику желаемую чувствительность и растяжимость.Датчик может быть подключен к небольшому чипу, который передает данные по беспроводной связи.

«В экспериментах мы обнаружили, что амфибийные датчики были чувствительными и имели быстрое время реагирования», - говорит Ву.«И мы обнаружили, что производительность датчиков была такой же, независимо от того, находился ли датчик в воздухе или после погружения в соленой воде в течение 20 дней».

«Датчики также очень стабильны - их производительность не опустилась, даже после того, как они растянулись в 16 000 раз», - говорит Чжу.

Чтобы продемонстрировать функциональность амфибийных датчиков, исследователи использовали датчики для отслеживания движений роботизированной рыбы и контролировать кровяное давление в сердце свиньи.Исследователи также создали перчатку, которая включала амфибийные датчики, используя датчики для перевода сигналов ручной работы акваланга в сообщения, которые могут прочитать люди в воде или вне.

«Идея состояла в том, чтобы создать легкий способ для Scuba Divers эффективно общаться с другими дайверами под водой или членами экипажа, все еще на лодке», - говорит Ву.

«Мы подали патентную заявку на эту технологию и открыты для работы с партнерами по отрасли, чтобы включить эти датчики в различные приложения», - говорит Чжу.

Бумага «Инкапсулированные растягиваемые датчики амфибийного деформации» опубликована в горизонтах материалов журнала.Документ был соавтор Доюн Ким, постдокторский исследователь в штате Северная Каролина;Xiaoqi Tang, доктор философиистудент в штате Северная Каролина;и Мартин Кинг, профессор в колледже Уилсона штата Северная Каролина.

More information: Shuang Wu et al, Encapsulated stretchable amphibious strain sensors, Materials Horizons (2024). DOI: 10.1039/D4MH00757C