Geri Dön

Esnek kapasitif basınç sensörlerinin fabrikasyonu ve elektriksel karakterizasyonu

Fabrication and electrical characterization of flexible capacitive pressure sensors

  1. Tez No: 948871
  2. Yazar: TURGAY BEBEK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. DİNÇER GÖKCEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 106

Özet

Esnek elektronik uygulamalarının günümüz teknoloji dünyasında etki alanının genişlemesi ve kullanımının yaygınlaşmasıyla insan-makine etkileşiminin ve sensör uygulamalarının önemi her geçen gün artmaktadır. Fiziksel veya mekanik bir etkiyi, çıkışında elektriksel sinyale dönüştürerek cevap çıktısı üreten ve bu çıktıların sağlık, robotik, giyilebilir teknoloji, eğitim ve eğlence sektörü gibi teknolojik uygulamalarda, istenilen amaca hizmet edecek şekilde anlamlandırılmasını sağlayan esnek sensörler yüksek esneklik, kararlılık, yüksek doğruluk, imalat kolaylığı, düşük maliyet gibi etmenleri ile esnek elektronik uygulamalarında önemli bir yer tutmaktadır. Bu tez kapsamında, esneklik, ayarlanabilir sertlik, ısıya dayanıklılık, biyo-uyumluluk gibi özellikler ile ön plana çıkan Polidimetilsiloksan (PDMS) ve yine benzer özelliklere ve ayrıca kendini iyileştirebilme özelliğine ve hidrojel yapıya sahip Polivinil alkol (PVA) ve Boraks karışımı olmak üzere iki farklı çeşit malzemenin herhangi bir eklenti mikro ve nano parçacık katkılama yapılmaksızın farklı karışım oranları ile farklı malzeme katman kalınlıklarındaki formasyonları üretilerek hem karışım oranı ve katman kalınlığının sensör performansına etkisi incelenmiş hem de iki malzemenin karşılaştırması yapılmıştır. Üretilen sensörler, farklı basınç değerlerinde elektromekanik testlere tabi tutularak esnek kapasitif basınç sensörlerinde farklı malzemelerin, farklı sertlik ve farklı kalınlıklarda sensör hassasiyetine ve doğrusallığına olan etkisi incelenmiştir. Ayrıca, bu çalışmalar sonucunda belirlenen sertlik değerindeki PVA ve Boraks karışımı için 8×8 boyutunda kapasitif sensör dizisi fabrikasyonu yapılmış ve sensör performansı ve uygulanan kuvvete göre haritalandırılmasının sensör dizisi üzerinde gösterilmesi sağlanmıştır. Tez kapsamında test edilen PDMS tabanlı sensör tasarımlarının hassasiyet ve doğrusallık gibi sensörü karakterize eden parametrelerinin malzemeyi oluşturan bileşenlerin farklı oranlarda karıştırılması ve malzemenin farklı kalınlıklarda kullanımı ile değişim gösterdiği görülmüştür. PDMS içerisine herhangi bir eklenti mikro ve nano parçacık katkılama yapılmamasından dolayı hassasiyet ve doğrusallığının düşük çıktığı görülmüştür. PDMS tabanlı sensör tasarımları düşük basınç aralığında hassasiyet göstermiş olup bu sensör tasarımlarının düşük basınçlar için kullanımlarının uygun olabileceği değerlendirilmiştir. Tez kapsamında test edilen PVA Boraks tabanlı sensör tasarımlarının hassasiyet ve doğrusallık gibi sensörü karakterize eden parametrelerinin malzemeyi oluşturan bileşenlerin farklı oranlarda karıştırılması ve malzemenin farklı kalınlıklarda kullanımı ile değişim gösterdiği görülmüştür. Bununla birlikte PVA Boraks hidrojelinin zamana bağlı olarak ağırlık kaybetmesi ile sensör performansının etkilendiği görülmüştür. Zamanla ağırlık kaybı, PVA Boraks katmana sahip sensörlerde en yüksek basınçtaki tepe kapasitans değerlerinde düşüşe neden olurken, malzemenin daha rijit yapıya dönüşmesi ile kararlılığının oluşmasının sensör performansını arttırıcı etkileri olduğu anlaşılmıştır. PDMS ile karşılaştırıldığında PVA Boraks hidrojelinin daha geniş basınç aralıklarında daha yüksek hassasiyet ve doğrusallık ile çalışabildiği görülmüştür. Üstelik PVA Boraks hidrojelinin kendisini iyileştirebilme özelliği sayesinde sensör dayanımının yüksek olduğu bu nedenle PVA Boraks sensör tasarımlarının daha uzun süre kullanılabileceği anlaşılmıştır. PVA Boraks hidrojelinin üretimi PDMS malzemesi üretiminden daha az maliyetle, daha az eforla ve kolaylıkla gerçekleştirilmiştir. Bu özelliği ile de PVA Boraks hidrojelinin, PDMS elastomerinden üstün niteliklere sahip olduğu görülmüştür.

Özet (Çeviri)

In today's technological world, the growth of flexible electronic applications and their widespread adoption has significantly increased the importance of human-machine interaction and sensor applications. Flexible sensors that convert a physical or mechanical effect into an electrical signal output, and enable the interpretation of these outputs to serve desired purposes in technological applications such as health, robotics, wearable technology, education, and entertainment, hold an important place in flexible electronic applications due to factors like high flexibility, stability, high accuracy, ease of manufacturing, and low cost. Within the scope of this thesis, two different types of materials, namely Polydimethylsiloxane (PDMS) which stands out with its properties such as flexibility, adjustable hardness, heat resistance, biocompatibility, and Polyvinyl alcohol (PVA) and Borax mixture which have similar properties and also self-healing properties and hydrogel structure, were produced with different mixing ratios and different dielectric layer thicknesses without any additional micro and nano particle doping. The effects of both mixing ratio and dielectric layer thickness on sensor performance were investigated, and the two materials were compared. The produced sensors were subjected to electromechanical tests at various pressure values, and the effects of different materials, hardnesses, and thicknesses on sensor sensitivity and linearity in flexible capacitive pressure sensors were investigated. In addition, as a result of these studies, an 8×8 size capacitive sensor array was fabricated for the PVA and Borax mixture with the determined hardness value, and the sensor performance and its mapping according to the applied force on the sensor array are demonstrated. It has been observed that the parameters characterizing the sensor, such as sensitivity and linearity, of the PDMS-based sensor designs tested in this thesis vary with the mixing of the components that make up the material in different ratios and the use of varying thicknesses of the dielectric material. It was observed that the sensitivity and linearity were low due to the absence of any micro- and nano-particle doping in the PDMS. PDMS-based sensor designs exhibited sensitivity in the low-pressure range, and it was assessed that these sensor designs could be appropriate for use at low pressures. It has been observed that the parameters characterizing the sensor, such as sensitivity and linearity, of the PVA Borax-based sensor designs tested within the scope of the thesis vary with the mixing of the components constituting the material in different ratios and the use of various thicknesses of the dielectric material. Additionally, it was noted that sensor performance was impacted by the weight loss of PVA Borax hydrogel over time. Although weight loss over time led to a decrease in peak capacitance values at the highest pressure in sensors with a PVA Borax dielectric layer, it was found that the material's transformation into a more rigid structure and the establishment of its stability positively influenced sensor performance. Compared to PDMS, it was observed that PVA-Borax hydrogel operates with higher sensitivity and linearity over a broader pressure range. Moreover, due to the self-healing property of PVA-Borax hydrogel, PVA-Borax sensor designs can be used for a long time. Producing PVA-Borax hydrogel requires less cost, effort, and ease compared to producing PDMS material. With this advantage, it is evident that PVA-Borax hydrogel possesses superior qualities compared to PDMS elastomer.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    877528

    Electronics system integration and characterization of electronic skin for prosthetic applications

    Electronics system integration and characterization of electronic skin for prosthetic applications

    MUHAMMAD AWAIS

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    BiyomühendislikKoç Üniversitesi

    Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. LEVENT BEKER

  2. Tez No

    895339

    Development of stretchable conductive hybrid yarn for e-textiles soft sensors applications

    Gerilebilir iletken hibrit iplik geliştirilmesi e-tekstil yumuşak sensör uygulamaları için

    IBRAHIM ADEL KHAMIS AHMED

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZGÜR ATALAY

  3. Tez No

    764339

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

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

    MELİH ÖGEDAY ÇİÇEK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SİMGE ÇINAR AYGÜN

  4. Tez No

    837258

    Parilen C tabanlı esnek basınç sensörlerin üretimi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of parylene C based flexible pressure sensor

    SEDAT KURNAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKastamonu Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜR ÖZTÜRK

  5. Tez No

    958999

    Developing a pressure sensor for 3D nonwoven assemblies by using novel spacer stitching technology

    Yenilikçi aralıklı dikiş teknolojisi kullanarak 3D dokumasız yüzeyler için basınç sensörü geliştirilmesi

    RANA NUR MULA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALPER GÜRARSLAN

Geri Dön