Sensitivity improvement strategies and applications for flexible and wearable capacitive pressure sensors
Esnek ve giyilebilir kapasitif basınç sensörleri için hassasiyet iyileştirme stratejileri ve uygulamaları
- Tez No: 764339
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ SİMGE ÇINAR AYGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
Giyilebilir elektronik, robotik, insan-makine arayüz cihazları ve elektronik ciltteki gelişmelere paralel olarak basınç sensörleri büyük ilgi görmüştür. Bu alanda, kapasitif basınç sensörleri, yüksek hassasiyetleri, yüksek kararlılıkları, hızlı tepki/kurtarma süreleri ve basit üretim yolları nedeniyle artan araştırma ilgisini çekmektedir. Kapasitif basınç sensörleri öne çıkan özelliklere sahip olsa da, giyilebilir teknolojide daha yaygın hale gelmeden önce daha kat edilmesi gereken uzun bir yol var. Günümüz kapasitif basınç sensörlerinin hassasiyetinin arttırılması bu alandaki en kritik önceliklerden biridir. Bu çalışmanın ilk bölümünde, kapasitif basınç sensörlerinin duyarlılıkları, kolay imalat yöntemleri ve rasyonel sensör tasarımları kullanılarak iyileştirildi. Bu bağlamda, tezin ilk kısmı, benzersiz bir monolitik tasarıma sahip, düşük maliyetli, hafif, paralel plaka kapasitif bir sensör önermektedir. Bu tasarım, sensörlerin hassasiyetlerini önemli ölçüde geliştirmesine olanak tanır. Yoğunluğu 10.78 mg/cm3 kadar düşük olan monolitik kapasitif sensör (MCS), gümüş nanotel elektrotlu ve koruyucu ince bir polidimetilsiloksan kaplamalı, ticari olarak temin edilebilen bir melamin sünger üzerinde 3-D maskeleme tekniği kullanılarak üretildi. Eşsiz tasarımına ek olarak, MCS'ler yüksek hassasiyet (1,28 kPa-1 'e kadar), hızlı tepki/kurtarma süresi (18 ms/54 ms), çok düşük basınçları algılama yeteneği (0,5 Pa), yüksek hava geçirgenliği, ultra yüksek mekanik ( 42 000 döngü) ve yıkama stabiliteleri (10 döngü) gösterdi. Ayrıca, monolitik ve klasik tasarım arasındaki deformasyon mekanizması farklılıklarını ortaya çıkarmak için sonlu eleman analizi simülasyonları yapılmıştır. Son olarak, gerçek potansiyellerini göstermek için, gerçek zamanlı vücut hareketi izleme, kelime ve yakınlık algılamada üretilen MCS'ler kullanıldı. İkinci bölümde, yüksek iyonik iletkenliğe (9.85 x 10-4 S cm-4 25 oC 'de) ve olağanüstü yapısal bütünlüğe sahip selüloz bazlı supramoleküler biyo-polimer jel geliştirilmiştir. Dielektrik katman olarak supramoleküler biyo-polimer jel kullanılarak rekor hassasiyette (1 475 000 kPa-1) bir iyontronik basınç sensörü üretildi. 3D Bode ve 3D alansal kapasitans analizlerinin kombinasyonu, iyontronik basınç sensörlerinin kayıt hassasiyeti ve algılama mekanizmasının derinlemesine incelenmesini sağladı. Sensörlerin dokunsal geri bildiriminden nesne tanıma için prototip bir akıllı eldiven üretildi ve yalnızca 8 sensörle %90'lık bir nesne sınıflandırma doğruluğu gösterildi.
Özet (Çeviri)
Pressure sensors have attracted great interest in parallel with developments in wearable electronics, robotics, human-machine interface devices, and electronic skin. In this field, capacitive pressure sensors are gaining increasing research attention due to their high sensitivity, high stability, fast response/recovery times, and simple manufacturing routes. While capacitive pressure sensors have prominent features, there is still a long way to go before they become more common in wearable technology. Increasing the sensitivity of today's capacitive pressure sensors is one of the most critical priorities in this field. In the first chapter of this work, sensitivities of the capacitive pressure sensors were improved by employing facile fabrication methods and rational sensor designs. In that regard, the first part of the thesis proposes a low-cost, lightweight, parallel plate capacitive sensor with a unique monolithic design. This design allows the sensors to significantly improve their sensitivity. The monolithic capacitive sensor (MCS) with a density of as low as 10.78 mg/cm3 was fabricated using 3-D masking technique on a commercially available melamine sponge with silver nanowire electrodes and a protective thin layer of polydimethylsiloxane coating. In addition to its unique design, the MCSs showed high sensitivity (up to 1.28 kPa-1), fast response/recovery time (18 ms/54 ms), very low-pressure sensing ability (0.5 Pa) with ultra-high mechanical (42 000 cycles) and washing stabilities (10 cycles) along with high air permeability. Moreover, finite element analysis simulations were conducted to reveal deformation mechanism differences between the monolithic and classical design. Finally, in order to demonstrate their true potential, fabricated MCSs were utilized in real-time body motion monitoring, word and proximity detection. In the second part, a cellulose-based supramolecular bio-polymer gel that possesses high ionic conductivity (9.85 x 10-4 S cm-4 at 25 oC) and exceptional structural integrity was developed. An iontronic pressure sensor was fabricated with record sensitivity (1 475 000 kPa-1) using the supramolecular bio-polymer gel as a dielectric layer. The combination of in-situ 3D Bode and 3D areal capacitance analyses allowed a deep understanding of the record sensitivity and detection mechanism of the iontronic pressure sensors. A prototype smart glove was fabricated for object recognition from the tactile feedback of the sensors and an object classification accuracy of 90% is demonstrated with only 8 sensors.
Benzer Tezler
- Gelişmekte olan ülkelerde teknoloji politikalarının belirlenmesi ve Türkiye'deki durum
Technology policies in developing countries and the situatiın in Turkey
MEHPARE BARIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMühendislik Yönetimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN V. KOÇ
- Gemi makine dairesi bakım işlemlerinin verimlilik analizi
Efficiency analysis of maintenance of ship machinery systems
ÇAĞLAR KARATUĞ
Doktora
Türkçe
2023
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU
- Sanayi işletmeleri açısından çevre ve çevreci pazarlama anlayışı (Gaziantep tekstil işletmelerinde bir uygulama)
The environment from viewpoint of industry businesses and enviromental marketing approach (an application in the Gaziantep textile businesses)
BENGÜ HIRLAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
İşletmeGaziantep Üniversitesiİşletme Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET TURAN PEKMEZCİ
- The effect of training on employee's performance
Eğitimin çalışan performansına etkisi
BAHNAM MURAD ZİNAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
İşletmeYaşar Üniversitesiİşletme Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YILDIRIM OSMAN ÇETMELİ
- Curcuminoids: Analytical chemistry, biochemistry, and potential applications
Kurkuminoidler: Analitik kimya, biyokimya ve potansiyel uygulamaları
ZEYNEP KALAYCIOĞLU
Doktora
İngilizce
2020
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA BEDİA BERKER