منبع مقاله با موضوع نقطه تقاطع، زمان واکنش

دانلود پایان نامه

ژل57

پلیمرهای ترکیب فلزی

نانوتیوبهای کربن

پیزورزیستیوها

الکتروستیکسیون
پلیمرهای الکترواستریکتیو
LMN58
اثر الکترواستاتیکی
الاستومرهای دی الکتریک
سیلیکون
در شکل های(1-2) و (1-3) نمونه هایی از فعالگرها نشان داده شده است.

شکل1-2- نمای شماتیک الیاف پلیمری فعالگر رسانا

شکل1-3 نمونه ای از فعالگرها-ساخته شده توسط کمپانی سانتا[3]

1-2-3- سنسورهای بر مبنای اجزای الکترونیکی59
جایگزینی اجزای متداول الکترونیکی با پلاستیک های کاربردی از قبیل صفحه کلید های قابل پوشش و یا ترکیب این وسایل قابلیت های ویژه را به منسوج میدهد.

1-2-4- منابع جریان
تامین انرژی الکتریکی لازم برای منسوجات هوشمند، یکی از عمده ترین مشکلات است. [4]. دو مورد از جدیدترین تکنولوژی ها، برای تامین منبع جریان الکتریکی،
* باتری های پلیمری لیتیم
* و میکرو سل های سوختی
هستند.

شکل1-4- پیل های سوختی
نور خورشید، دمای بدن و حرکت بدن، انرژی های پیشنهادی دیگری هستند، که میتوانند به شکل انرژی الکتریکی تبدیل و مورد استفاده قرار گیرند.
به علاوه، به دلیل تمایل به انعطاف منبع انرژی تلاش هایی در راستای اینگونه منابع جریان توسط کمپانی Infineon [2] در بکار گیری اختلاف دمای درونی و خروجی (درون لباس و بیرون لباس)، انجام شده است، که جریانی در حد میکرو وات به ازای سانتیمنر مربع تولید مینماید. فیلم های ضخیم سل های خورشیدی، میتواند روی سطوح قابل انعطافی از قبیل پلاستیک ساخته شود.

شکل1-5-تولید الکتریسیته از حرارت بدن [5]

تکنولوژی سل های خورشیدی به سمت انطباق و سازگاری با الیاف حرکت میکند. بازده انرژی های پیشنهادی باید افزایش یابد. طراحی و ساخت اجزایی که برق به شکل وایرلس از یک میدان مغناطیسی محیطی تامین میگردد، یکی از روش های مورد علاقه است.
Lunar Design با ژاکت آبی خود، آینده نزدیک را با لباسهای نازک، ارزان، نوید داده است.[5] در مورد دیگری که توسط Murray and Allen طراحی شده است، طراح تلاش نموده تا لطافت در حد پوست را با سختی سیم ها ترکیب نماید. [5]
منسوجات هوشمند اغلب تعدادی انباره یا مخزن شارژ نیاز دارند. ذخیره داده ها یا انرژی متداولترین است. حس کردن، پردازش داده ها، فعالگرها، ارتباطات آنها، انرژی نیاز دارند، و اغلب این نیاز انرژی الکتریکی است.
مدیریت کارآمد انرژی شامل، ترکیب صحیح تامین کننده انرژی و انباره کننده انرژی است. همانگونه که ذکر شد، تامین کننده انرژی باید با یک ذخیره کننده ترکیب شود. باطری ها کوچکتر و قویتر (کارا تر) میشوند.
حتی نسل بسیار منعطف آنها هم تولید شده اند، اگرچه که هنوز کارایی بالایی ندارند. فعلاً باتری های lithium-ion در بسیاری از پروژه ها استفاده میگردد.
هر نوع از سنسورهای EAP ، اکچویتورها، یا اجزای الکترونیکی که در حال حاضر بکار برده میشوند، برای استفاده نیاز به انرژی الکتریکی دارد. از دیــــــدگاه توسعه منسوجات قابل پوشش “all-organic paradigam” دلالت ضمنی بر این دارند که تولید انرژی الکتریکی و ذخیره آن باید بوسیله موادی که هنوز هم بر پایه پلیمرها هستند انجام شود، بنابراین EAps با منابع برقی مورد تقاضا هستند.
در حال حاضر ، اعمال فیزیکی ، وسایل و مواد ارگانیکی و غیر ارگانیکی ، برای تولید انرژی الکتریکی و ذخیره آن بکار میرود و پتانسیل مفیدی برای الکتروتکستایل ها دارند که در جدول های (2-5)و (2-6) آورده شده اند و جداگانه شرح داده میشوند.

جدول (2-5)پرکاربرد ترین الکترواکتیو پلیمرها و ماکرومولکولهای ارگانیک و نظیر غیر ارگانیک آنها برای تولید انرژی الکتریکی
اثر فیزیکی
وسیله یا ابزار
مواد

الکترواکتیو پلیمرها و ماکرومولکولهای ارگانیک
الکترواکتیو پلیمرها و ماکرومولکولهای غیرارگانیک
هیبریدها
شیمی الکتریسیته
سل های الکتریکی غیر قابل شارژ

الکترودها:اکسید جیوه و قلع
الکترولیت:KOH
الکترودها:دی اکسید منگنز و قلع
الکترولیت:NH4&ZnCl2
پیزوالکتریسیته
ترنسدیوسرهای پیزوالکتریک
پلی ویلینیدین فلوراید
LZT60
ذرات غیر ارگانیک پیزوالکتریک
ترموالکتریسیته
ترموکوبل ها
پلی استیلن
سیلیکون، بیسموت، نیکل
ذرات غیر ارگانیک که در شبکه پلیمر قرار گرفته اند
پیروالکتریسیته
ترنسدیوسرهای پیروالکتریک
پلی ویلینیدین فلوراید
LZT61
ذرات غیر ارگانیک که در شبکه پلیمر قرار گرفته اند
فوتوالکتریسیته
سل های فوتوالکتریک
PT62
سیلیکون
ذرات غیر ارگانیک که در شبکه پلیمر قرار گرفته اند

جدول (2-6) پرکاربرد ترین الکترواکتیو پلیمرها و ماکرومولکولهای ارگانیک و نظیر متداول غیر ارگانیکی آنها برای تولید انرژی الکتریکی

اثر فیزیکی
وسیله یا ابزار
مواد

الکترواکتیو پلیمرها و ماکرومولکولهای ارگانیک
الکترواکتیو پلیمرها و ماکرومولکولهای غیرارگانیک
هیبریدها
شیمی الکتریسیته
سل های الکتروشیمیایی غیر قابل شارژ
الکترودها:پلی استیلن و پلی استیلن
الکترولیت:پلی پروپیلن
الکترودها:Lead & Lead oxid
الکترولیت:H2SO4
الکترودها:کربن و لیتیم
الکترولیت:LiCLo4/PC
تجمع بارهای استاتیکی
سوپر خازن ها
الکترودها:کربن های فعال
و یا الیاف کربن
الکترولیت: Et4NBF463
الکترودها:Ruthenium oxide
الکترولیت:H2SO4
الکترودها:مواد پایه کربن الکترولیت:H2SO4

مطلب مشابه :  پایان نامه ارشد درباره(i,، j,، k)، (i

1-2-4-1- سل های الکتروشیمیایی64
سل های الکترو شیمیایی نزدیکترین وسایل برای تولید انرژی الکتریکی از انرژی شیمیایی است. در متداولترین کاربرد از دو الکترود(کاتد و آند) که درون الکترولیت قرار گرفته اند و در بین آنها یک رسانای یونی (مثل پل نمکی)، تشکیل شده اند.

1-2-4-2- پیزو الکتریک های مولد65
مواد پیزو الکتریک (جدول 3-5)، قادرند تا انرژی مکانیکی مواد را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند، که میتوانند برای تبدیل انرژی اعمال انسان به کار روند. مبدل ها نیز از اینگونه مواد ساخته شده اند، در حقیقت افعال و حرکات روزانه بدن را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. در واقع یکی از راههای سنجش حرکات بدن، داخل کردن پیزوالکتریک ها در منسوجات و لباس ها هستند. مثالهای کاربردی نشان داده اند که پیزوالکتریک ها مناسب تر از پیزو سرامیک ها هستند، زیرا انعطاف بالاتری دارند.

1 -2-4-3- الاستومرهای دی الکتریک66
یک نوع دیگر سنسور با استفاده از الاستومرهای دی الکتریک ساخته میشوند. برای مثال ضربه پاشنه پا انرژی اولیه را تولید میکند، به این صورت که فشار پا موجب میشود، که تحریک اولیه برای مدار ایجاد شود، و در نتیجه یک مولد خارجی، ولتاژ بالایی را اعمال کند، که این جریان موجب شارژ الکترودها می گردد، و بعد از حذف نیروی مکانیکی، فیلم بر اثر حالت الاستیک به ابعاد اولیه خود بر میگردد. مؤسسه تحقیقاتی Stanford Research Institute ، درحال بررسی و مطالعه سنسورهای تغذیه شده از این روش هستند.

1-2-4-4- مولد های جنبشی67
برای اینکه بتوان قطعات مختلف از حرکت بدن انسان را پشت سر هم گذاشت، میتوان از لباسهای هوشمند استفاده کرد، در واقع توجه در این قسمت روی وسایلی است که قادرند انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.
به عنوان مثال، این نوع مولد ها در ساعت های مچی بکار رفته است، که انرژی خود را از حرکت بازو، در طول فعالیت های روزانه میگیرد. در این ساعت ها از یکسری اجزای مکانیکی کمک گرفته شده است، که جرم مغناطیسی یک اسپیندل چرخان که ناشی از حرکت دست است، موجب میشود تا مقداری جریان الکتریکی تولید گردد.
1-2-4-5- مولد های ترموالکتریک68
مبدلهای ترموالکتریکی، که به عنوان ترموکوپل شناخته میشوند، وسایلی هستند که قابلیت تولید الکتریسیته از یک اختلاف دما را دارند. تولید یک اختلاف پتانسیل الکتریکی با یک مدار متشکل از دو فلز یا دو نیمه رساناست، که در نقطه تقاطع آنها در دمای بالا قرار میگیرد، اغلب کاربردهای مواد ارگانیک و ترموکوپل ها در جدول(3-5) آورده شده اند.اثر ترموالکتریک در مواد ارگانیک اغلب در تولید پلیمر مورد مطالعه قرار گرفته است.
دمای بدن انسان نیز میتواند منبعی از انرژی الکتریکی باشد. این دما وابسته به فعالیت روزانه انسان در زمان خواب میتواند w80 و در هنگام دویدن تا w 1500 باشد.
ساعت مچی سیکو69 اولین تولید کننده ای بود که انرژی ساعت مجی خود را از تبدیل دمای پوست به انرژی الکتریکی استفاده کرد. این مثال ها تولید انرژی الکتریکی را از دمای بدن انسان شرح میدهند ، که میتواند در لباسهای هوشمند مورد استفاده قرار گیرند.

1-2-4-6- مولد های پیروالکترولیک70
یک فلز که “pyroelectric” نامیده میشود، مبنای ساختاری این مولدهاست.

1-2-4-7- مولد های فتوالکتریک71
اثر فتوالکتریک میتواند از سل های فتوالکتریک که قادرند انرژی الکتریکی را از تابش الکترو مغناطیس کسب نمایند، ساخته میشوند. سل های خورشیدی مثالهای متداول از سل های فتوالکتریک است که برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی بکاربرده میشود. اغلب نیمه هادی های فتوالکتریک در جدول (3-5) آورده شده اند.

شکل1-6- نمونه ای از سل های تابشی

1-2-4-8- سوپر خازنها72
در این نوع سنسورها، انرژی به شکل باطری های قابل شارژ و یا خازن ها ذخیره میگردند و تغییرمیزان این انرژی مهم است.

1-2-5- مواد سیمی الکتریکی73
به منظور ارتباط الکتریکی بین وسایل بکاربرده شده در الکتروتکستایل ها، چندین روش بکارگیری رسانا ها در حال حاضر تحت بررسی است. البته این مسیرها باید رسانا باشد و تاحد ممکن نیز انعطاف پذیر، تا حدی که قابلیت پوشانندگی داشته باشند.
خصلت ذاتی پلیمرهای هادی مانند 74pan و75ppy این است که آنها را برای این امر مـــناسب میسازد. ترکیب الاستومرهای کربنی روی آستانه نفوذ میتواند مفید باشد، به عنوان مثال فقط برای حس کردن ازدیاد طول نیستند، و به عنوان مواد الکتریکی برای سنسورها نیز بکار میروند. با وجود این، اغلب برای سیم های الکتریکی نیز استفاده میشوند.
در حالت های خاص، چندین منسوج که بر مبنای هدایت الکتریکی کار میکنند به عنوان رابط بین وسایل برای انتقال داده ها و جریان الکتریکی استفاده میشوند.

مطلب مشابه :  منابع و ماخذ پایان نامهعزت نفس، عاطفه مثبت، اوقات فراغت، خانواده گسترده

شکل1-7- نمونه ای از فعالگرهای الاستومر دی الکتریک a) رول b )تیوب c )ساختار جدید

در شکل(1-9) پارچه های silk organza نخهایی که فویل نازک مس دارند، نشان داده شده است. بافت نخهای پلی استر (که سیم های نازک مس به آن تابیده شده است)، برای بکارگیری در USB، مناسب است. ]2[ با توجه به آنچه که تاکنون در مورد لباسهای هوشمند انجام شده است، دو مورد ذیل بسیار مورد استفاده هستند:
1) تیوب های نانوکربنی که میتواند به عنوان الیاف رسانا بکار روند.
2) سیم های فلزی پیچ و خم دار، که قابلیت کش آمد
ن بالایی دارند و مثل فنر ولی رسانا هستند.

شکل1-8- تصویری از دو لیف نانوتیوب کربن(سوپر خازن)[6]

شکل1-9- نمونه ای از سیمهای ارگانزا بافته شده

اگرچه دسته بندی کامل سنسورها، ارائه شده ولی باتوجه به اینکه شرح تمامی این سنسورها بسیار گسترده میباشد و از طرفی در این مقوله بحث پیرامون پیزورزیستیوها بیشتر صورت میگیرد، لذا از توضیح بیشتر در مورد سنسورها و مولدها خودداری نموده و علاقمندان میتوانند اطلاعات بیشتررا در مرجع شماره[2] پیگیری نمایند.
76CLR Sensors نیز یک نوع سنسور است که قابلیت بالایی در پوشش77 نخ و پارچه دارد، نوعی از این سنسورها شامل یک مجموعه سلیکونی با بلاک های پودر کربنی می باشد. در شکل(1-10)مقایسه نرخ تنفس توسط CLR sensors (که با خطوط توپر نشان داده شده است)، با نتیجه بدست آمده از سنسورهای متداول، مقایسه شده است.

شکل1-10- مقایسه نمودار تنفس با استفاده از سنسورهای متداول (خط نقطه چین) و سنسورهای CLR (خطوط توپر)

معمولاً در بکارگیری سنسورهای پلیمری، این نوع سنسورها روی منسوج لایکرا و پنبه از طریق آغشته کردن لایه ایجاد می شوند. پلیمرهای رسانای مشابهی به عنوان ماده رسانا برای انتقال داده از سنسور تا مرکز گیرنده استفاده میشوند، که سختی سیم های فلزی متداول را ندارد.
پارامترهای شبه استاتیکی از پارچه های پوشش شده با PPy78 گیج فاکتور 12 و ضریب مقاومت حرارتی79 در حد 0.018 را نشان داده اند.
مقدار مطلق گین فاکتور گزارش شده برای بکارگیری استرین گیج مناسب است، ولی دو مشکل اساسی روی سنسورهای موجود بر روی پارچه پوشش داده شده، تاثیر می گذارد.
1. زمان مقاومت آن ناپایداری بالایی دارد.(ناپایداری شیمیایی)
2. زمان واکنش آنها طولانی است.
به دنبال کاربرد در تحریک ناگهانی، مقاومت سنسور در چند دقیقه به یک حد پایدار میرسد و این عامل محدود کننده کاربرد این گونه وسایل است.
به علاوه، سنسورهای هادی پلیمری، به سادگی قابل کاربرد در تکنولوژی نساجی نیستند. در حقیقت، آنها یک پروسه مشکل جایسازی در داخل منسوج را دارند، چه جایسازی شوند و چه روی پارچه پوشش داده شوند. سنسورها، الکترودها، و شیارهای رسانا(که ارتباط بین سنسور و واحد پردازش را برقرار می کنند) روی پارچه با استفاده از تکنولوژی بافت تخت حلقوی و روش های عمومی و متداول نساجی ایجاد میشوند.

1-3- طراحی بافت برای منسوج هوشمند قابل پوشش
طریقه نصب اجزای الکترونیکی به منسوج به گونه ای که در مقابل شستشو و چروک شدن مقاوم باشد، از نکات ظریف در تولید منسوج است. از طرفی مکان نصب سنسور خود از مهمترین نکات تولید این منسوج است، گاهی اوقات محققین حدوداً سی نمونه از یک منسوج را بافته اند تا بهترین نقطه برای نصب سنسورها را پیدا نمایند.
این نمونه های بافته شده (شکل 1-11) ترکیبی از اجزای الکترونیکی و ارتباطی در منسوج هستند که با یک برق استاندارد 9 ولت ، برای یک مدت مشخص کار میکنند. همچنین محققین بررسی هایی روی مواد جدید، از قبیل فیلمهای کلفت پیزوالکتریک، در منسوجات انجام داده اند.

شکل 1-11- دستکش تشخیص دهنده حالت دست ، آرایه ای از LED ها، ذخیره کننده داده ها (از شرکت ویرجینیا)

دیدگاههای آینده، استفاده از الیافی است که در پارچه بافته شده باشد و بتواند مواد شیمیایی را تشخیص دهند و به عنوان باطری عمل کند و یا رنگ آنها به طور دینامیکی تغییر نماید.
تلا

Leave a Comment