Geri Dön

Sensitivity improvement strategies and applications for flexible and wearable capacitive pressure sensors

Esnek ve giyilebilir kapasitif basınç sensörleri için hassasiyet iyileştirme stratejileri ve uygulamaları

PDF İndir

  1. Tez No: 764339
  2. Yazar: MELİH ÖGEDAY ÇİÇEK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ SİMGE ÇINAR AYGÜN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. Tez No

    66711

    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

    Türkçe

    1997

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mühendislik Yönetimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUFAN V. KOÇ

  2. Tez No

    836474

    Gemi makine dairesi bakım işlemlerinin verimlilik analizi

    Efficiency analysis of maintenance of ship machinery systems

    ÇAĞLAR KARATUĞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Deniz Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU

  3. Tez No

    280412

    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

    Türkçe

    2011

    İşletmeGaziantep Üniversitesi

    İşletme Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET TURAN PEKMEZCİ

  4. Tez No

    454286

    The effect of training on employee's performance

    Eğitimin çalışan performansına etkisi

    BAHNAM MURAD ZİNAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    İşletmeYaşar Üniversitesi

    İşletme Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. YILDIRIM OSMAN ÇETMELİ

  5. Tez No

    634568

    Curcuminoids: Analytical chemistry, biochemistry, and potential applications

    Kurkuminoidler: Analitik kimya, biyokimya ve potansiyel uygulamaları

    ZEYNEP KALAYCIOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Biyokimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATMA BEDİA BERKER

Geri Dön