Erfolgsgeschichten | Nature Materials: Inspiriert von Lastblättern, überempfindliche Drucksensoren für drahtlose intrakraniale Drucküberwachung und laparoskopische Operationen

Nationale Universität von SingapurKommunikation Autorvon Benjamin C. K. TeeWarten Sie jemanden,Inspiriert vom Phänomen der Gasumhüllung auf der Laderblattaberfläche wurde ein Drucksensor entwickelt, der den Druck an diesen Schnittstellen durch die Änderung des Kapazitors regulieren kann, indem er eine Mehrphasengrenzfläche für festes, flüssiges und elastisches Gas verwendet. Der Sensor wird vonNanoscribebasierendPrinzip der Doppelphotonen-AggregationHerstellung des PPGT2 Mikronano-Bearbeitungssystems.Diese Herstellungsmethode reduziert die Reibung und ermöglicht eine fast reibungsfreie Kontaktlinienbewegung, wodurch die Drucksensorleistung von Zhou Yue erreicht wird. Der Sensor zeigt seine Funktionalität unter anspruchsvollen Bedingungen, einschließlich turbulenter Strömungen, der Biologie im Körper und der Laparoskopie.

Frictionless multiphasic interface for near-ideal aero-elastic pressure sensing (Frictionless multiphasic interface for near-ideal aero-elastic pressure sensing)NaturmaterialienIn der Zeitung. Der erste Autor ist von der National University of Singapore.Wen Cheng, Xinyu Wangund der Shanghai University of Science and TechnologyDr. Bearza..

Überprüfung der Auswirkungen des Mikrostrukturdesigns auf die Wiederholbarkeit des Sensors

Die Forschung zielt darauf ab, einen neuen Drucksensor zu entwickeln, den eAir genannt wird, der sich von dem Phänomen der Wasser-Luft-Schnittstelle auf der nicht befeuchteten Oberfläche des Ladeblades inspiriert hat. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solid-State-Drucksensoren haben die Forscher mit der Dual-Photon-Polymerisation-Technologie Nanoscribe eine feste Kontaktlinienbewegung in einem mehrstufig strukturierten Feststoff-Flüssigkeit-Flüssigkeit-Gas-Mehrphasensystem erreicht und einen neuen Typ von fliegenden elastischen kapazitiven Drucksensoren geschaffen. Nach dem Modell der Nilblütenkäfigpflanze wurden Mikrosensoren (~ 0,5 mm3) mit einer sechseckigen Wandsäulenstruktur hergestellt. Die Oberfläche der Zylinder ist als Arbeitselektrode konzipiert, die durch Injektion von Schmierstoffen in die leitfähige Nanostruktur superschmierig wird. Bei unterschiedlichen Flüssigkeitsdrucken kann die Flüssigkeit die Säulenelektrode befeuchten / entfeuchten, ohne dass eine Kontaktwinkelverzögerung entsteht. Dieser Prozess ändert die Kontaktfläche der Flüssigkeit-Elektrode und ändert somit den Kondensator. Diese Sensoren können im Vergleich zu anderen Drucksensoren, die in flüssiger Umgebung betrieben werden, kleine Druckschwankungen in Flüssigkeiten messen, mit einer sehr geringen Verzögerung (1,34 ± 0,20%), einer hohen Empfindlichkeit (79,1 ± 4,3 pF kPa^-1) und einer sehr hohen Linearität (R2 = 0,99944 ± 0,00015); Nichtlinearität 1,49 ± 0,17%).

Abbildung 1 Konzept und Design von eAir. a、 Darstellung der Wasser-Gas-Schnittstelle auf der nicht befeuchteten Oberfläche der Lotusblätter. Das Gas ist zwischen den Strukturen unter der Flüssigkeit-Gas-Grenzfläche gefangen. Wenn sich der Wasserdruck ändert, bewegt sich die Schnittstelle nach oben und unten. b、 Drucksensorreaktion von Sensoren aus Lotusblättern. c. Schema des eAir Designs. Die Zylinderoberfläche dient als Arbeitselektrode und ist von Vineyards inspiriert, die Schmiermittel durch Injektion in eine leitfähige Nanostruktur superglatt machen. Flüssigkeiten können die Säulenelektroden unter unterschiedlichem Flüssigkeitsdruck befeuchten / entfeuchten, ohne dass ein Kontaktwinkelverzögerung entsteht. Dieser Prozess ändert die Kontaktfläche der Flüssigkeit-Elektrode und ändert somit den Kondensator. Abbildung: Äquivalentschaltung von eAir. Ccounter， Flüssigkeit - elektrischer Doppelschichtkondensator an der Elektrodengrenzfläche; CEDL.ct， Elektrischer Doppelschichtkondensator an der Flüssigkeit-Arbeitselektrode-Beschichtungsschnittstelle; Cd.ct， Der dielektrische Kondensator zwischen der Arbeitselektrode und der Oberflächenbeschichtung - Flüssigkeitsschnittstelle; Cd+air， Der Kapazität zwischen der Arbeitselektrode und der Flüssigkeit wird durch Gas geleitet; C0， Schnittstellenkapasität des inaktiven Bereiches. d. Drucksensorreaktion von eAir. e. Schema der Zusammensetzung der Kondensatoren für eAir-Geräte sowie mit I-IV gekennzeichnete Oberflächen mit unterschiedlichen Befeuchtungseigenschaften zur Regelung der Leistung des Sensors. Das Etikett (links) entspricht der Abbildung in c. Δθ， Der Kontaktwinkel der Oberfläche ist verzögert. Wenn die Oberflächenrauhe von IV auf I verringert wird, verringert sich auch Δθ, was einen Übergang von starker Haftung zu reibungslosem Gleiten in Flüssigkeiten anzeigt. Diese Änderungen der Oberflächeneigenschaften beeinflussen die Leistung des Sensors. f、 Darstellung der Leistung von positiven/rückwärts liegenden Schwellenwerten von nicht idealen Drucksensoren sowie einer Darstellung der linearen und verzögerungsfreien Leistung von idealen Drucksensoren. g、 Vergleich der linearen Leistung mit den gemeldeten Drucksensoren für flüssige Umgebungen. Um den Unterschied hervorzuheben, wurde die Linearität (1 / (1-R2)) zum Vergleich definiert. R2 (Determinationskoeffizient) ist der Wert der linearen Anpassung der entsprechenden Geräteleistungskurve: Je höher die Linearität, desto besser die Linearität.

[Überprüfung der Auswirkungen der Schnittstellenbeuchtigungsleistung auf die Leistung des Sensors]

Vier verschiedene Oberflächen, die in der Studie entworfen wurden, wurden als I bis IV gekennzeichnet. Durch die Anpassung der Rauheit und der Energie der Oberfläche haben diese Oberflächen unterschiedliche Kontaktwinkel und Kontaktwinkelverzögerung. Die Forscher fanden heraus, dass unterschiedlich behandelte Oberflächen dazu führen, dass die Kontaktlinien in unterschiedlichem Maße an der Flüssigkeitsoberfläche fixiert sind, was den Wert des Vorwärtswinkels und des Kontaktwinkelverzögerungs beeinflusst. Bei höherer Oberflächenrauheit, wie Oberflächen III und IV, wird die Fixierung der Kontaktleitung durch das Vorhandensein von Polyphenylamin (PAni) Nanodrähten erheblich verbessert. Gleichzeitig können diese Oberflächen unter FlüssigkeitsdruckGeboren nichtReversible VeränderungDie Verzögerung des Vorwärtswinkels und des Kontaktwinkels nach dem Ausüben von Druck erhöht sich. Das Nanoscribe-Doppelphotonen-Mikro-Nano-Bearbeitungssystem kann die Oberflächenrauheit auf den Nanoskala reduzieren. Bei Experimenten wie Oberfläche II werden die Vorwärtswinkel und die Berührungswinkelverzögerung entsprechend reduziert. Auf der Oberfläche I wird die Oberfläche durch Auftragen von Silikonöl sehr glatt und ähnlich einer schmierigen Flüssigkeit durchdringt die poröse Oberfläche. Dies führt zu einer verringerten Feststellung der Kontaktleitung und einem kleineren Vorwärtswinkel.Kontaktwinkelverzögerung kann fast vernachlässigt werden.Die Forscher haben auch beobachtet, dass unterschiedliche Schnittstellenbebefeuchtigungseigenschaften die Leistung des Sensors direkt beeinflussen. Je größer der Vorwärtswinkel, desto höher ist die positive Schwelle des Sensors; Je größer die Verzögerung des Kontaktwinkels ist, desto höher ist die umgekehrte Schwelle und die Verzögerungsleistung des Sensors. Diese Ergebnisse liefern Leitlinien für die Einstellung der Sensorleistung.

Das neue Plattformsystem der Quantum X-Serie von Nanoscribe verfügt über Graustufen-Lithographie (2GL). ®)， Erzielt hohe Konstruktionsfreiheit, hohe Druckeffizienz und die hohe Präzision, die für die additive Herstellung von komplexen, ultraglatten Oberflächen erforderlich ist. Der schnelle und präzise additive Fertigungsprozess verkürzt die Design-Iterationszyklen erheblich. Quantum X Shape ist ein allseitiges Modell im wahren Sinne. Basierend auf der Dual-Photon-Polymerisation-Technologie ist dieses Laser-Direktschreibsystem nicht nur das beste Modell für die schnelle Formgebung, sondern auch für die Massenproduktion von 2,5D- und 3D-Formen mit jeder Submikrometer-Genauigkeit auf der Basis von Wafers geeignet. Die hohe Präzision der neuen Quantum X shape basiert auf dem höchsten leistungsstarken Isotin-Modulationsverhältnis und dem ultrafeinen Bearbeitungsgitter, das eine Subisotin-Größenkontrolle ermöglicht. Darüber hinaus kann das System dank der feinen Einstellung des Körpers durch die Doppelphotonen-Grauskala-Lithographie bei der Herstellung von Oberflächenmikrostrukturen ultraglatt sein und gleichzeitig eine präzise Formenkontrolle aufrechterhalten. Quantum X shape ist nicht nur für die Biomedizin, Mikrooptik und MEMS、 Das ideale Werkzeug für die schnelle Prototypierung von Geräten in Mikrokanalen, Oberflächentechnik und vielen anderen Bereichen ist gleichzeitig ein einfaches Werkzeug für die Massenproduktion kleiner Wafer-basierter Struktureinheiten.

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