고객 성공 사례 - Nature Materials: 무선 두개내압 모니터링 및 복강경 수술에 사용할 수 있는 연잎에 영감을 받은 초민감 압력 센서

싱가포르 국립 대학교통신 작성자Benjamin C. K. Tee 박사사람을 기다리고,연잎 표면의 가스 패키지 현상에서 영감을 받아 고액 액체 가스 다상 인터페이스와 탄성 가스층을 이용하여 이러한 인터페이스에서 용량을 변경하여 압력을 조정할 수 있는 압력 센서를 설계하였다.이 센서는Nanoscribe는기반쌍광자 중합 원리의 PPGT2 미나 가공 시스템으로 제작되었습니다.이런 제작방법은 마찰을 낮추고 마찰이 거의 없는 접촉선운동을 실현하여 탁유의 압력감지성능을 실현하였다.이 센서는 난기류 흐름, 체내 생물 환경, 복강경 수술 등 도전적인 조건에서 기능을 보여준다.

관련 논문은 Frictionless multiphasic interface for near-ideal aero-elastic pressure sensing이라는 제목으로자연 재료정기간행물에.공동 제1저자는 싱가포르 국립대학교의Wen Cheng, 왕 신유상해과학기술대학의웅택 박사。

[미시적 구조 설계가 센서의 중복성에 미치는 영향 검증]

연구는 eAir라는 새로운 압력 센서를 개발하기 위한 것으로, 연잎의 비윤습 표면의 물-공기 계면 현상에서 영감을 받아 설계되었습니다.전통적인 고체 압력 센서와 달리, 과학 연구원들은 Nanoscribe 이중 광자 중합 기술을 통해 다자도 구조화된 고-액-액-가스 다상 시스템에서의 고정 접촉선 없는 움직임을 실현하여 새로운 비행 탄성 커패시터식 압력 센서를 만들었다.나일꽃 돼지우리풀 식물을 모델로 육각형 벽식 기둥진 미세구조를 사용해 마이크로(∼0.5mm3) 센서를 제작한다.기둥의 표면은 전기 전도성 나노 구조에 윤활제를 주입함으로써 슈퍼 매끄럽게 만드는 작업 전극으로 설계되었다.서로 다른 액체의 압력 하에서, 액체는 접촉각의 정체가 생기지 않는 상황에서 습윤/탈습 기둥 전극을 만들 수 있다.이 과정은 액체-전극의 접촉 면적을 변화시켜 용량을 변화시켰다.액체 환경에서 작동하는 다른 압력 센서에 비해 액체 속의 미세한 압력 파동을 측정할 수 있는 이 센서들은 초저체후(1.34±0.20%), 고감도(79.1±4.3pF kPa^-1), 매우 높은 선형도(R2 = 0.9944±0.00015;비선형 1.49±0.17%)

그림 1 eAir의 개념과 디자인.a、연잎의 비윤습 표면에 있는 물-가스 계면의 설명도.가스는 액체 - 가스 계면 아래의 구조 사이에 갇혀 있습니다.수압의 변화에 따라 인터페이스가 위아래로 이동합니다.b、연잎으로 만든 센서의 압력 감지 응답.c. eAir 디자인의 설명도.기둥 표면은 작업 전극으로 사용되며 등나무 항아리 식물의 영감을 받아 윤활제를 전도성 나노 구조에 주입하여 초매끄럽게 만든다.액체는 서로 다른 액체 압력 하에서 접촉각 정체가 생기지 않고 축축/탈습 기둥 전극을 촉촉하게 할 수 있다.이 과정은 액체-전극의 접촉 면적을 변화시켜 용량을 변화시켰다.그림: eAir의 동등한 회로.Ccounter，액체 - 대전극 인터페이스의 전기 이중 용량;CEDL.ct，액체 - 작업 전극 코팅 인터페이스의 전기 이중 용량;Cd.ct，작업 전극과 표면 코팅-액체 인터페이스 사이의 개전 용량;Cd+air，작업 전극과 액체 사이의 용량은 기체를 통해 전도된다.C0，비활성 영역의 인터페이스 커패시터.d, eAir의 압력 감지 응답.e, eAir 부품 콘덴서로 구성된 도식 및 I-IV로 표시된 표면은 센서의 성능을 조절하기 위한 다양한 윤습 성능을 가지고 있다.레이블 (왼쪽) 은 c의 그림에 해당합니다.Δθ，표면의 접촉각이 뒤떨어지다.표면의 거칠음이 IV에서 I로 낮아짐에 따라 또한 줄어들어 강한 접착에서 액체의 무마찰 미끄럼으로의 이행을 나타낸다.이러한 표면 성질의 변화는 센서의 성능에 영향을 준다.f、이상적이지 않은 압력 센서의 양방향 / 역방향 임계값 성능 다이어그램과 이상적인 압력 센서의 선형 및 무정지 성능 다이어그램.g、이미 보도된 액체 환경 압력 센서의 선형 성능과 비교하다.차이를 강조하기 위해 선형도(1 / (1-R2))를 정의하여 비교합니다.R2(확인 계수)는 해당 장치 성능 곡선의 선형 맞춤 결과의 값입니다. 선형도가 높을수록 선형도가 좋습니다.

【인터페이스 윤습 성능이 센서 성능에 미치는 영향 검증】

연구에서 디자인된 네 가지 서로 다른 표면은 각각 I~IV로 표기되어 있다. 표면의 거칠음과 에너지를 조정함으로써 이들 표면은 서로 다른 접촉각과 접촉각이 뒤처져 있다.연구자들은 서로 다른 처리된 표면이 액체 표면에서 접촉선의 고정 정도를 다르게 하여 전진각과 접촉각이 뒤처지는 수치에 영향을 미친다는 것을 발견했다.표면 III와 IV와 같은 표면의 거칠음이 높은 경우 폴리페닐아민 (PANi) 나노선의 존재로 인해 접촉선의 고정이 크게 강화됩니다.동시에 이러한 표면은 액체 압력 하에서 발생할 수 있다생판가역적 변화화를 초래하여 전진각과 접촉각이 정체되고 압력을 가한 후 증가한다.Nanoscribe 이중 광자 마이크로 나노 가공 시스템은 면의 거친 정도를 나노 척도로 낮출 수 있습니다.표면 II와 같은 실험에서는 전진각과 접촉각 지연도 그에 따라 감소합니다.표면 I에서 실리콘 오일을 발라 표면이 매끄럽게 변하는 것은 매끄러운 액체가 다공성 표면에 침투하는 것과 유사하다.이로 인해 접촉선의 고정이 줄어들고 전진각이 작아진다, 접촉 각도 지연은 거의 무시할 수 있습니다.연구진은 또 서로 다른 인터페이스의 윤습 특성이 센서의 성능에 직접적인 영향을 줄 수 있다는 점도 관찰했다.구체적으로 전진각이 클수록 센서의 양방향 임계값이 높습니다.접촉각 지연이 클수록 센서의 역방향 임계값과 지연 성능도 높다.이러한 결과는 센서 성능 튜닝에 대한 지침을 제공합니다.

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