Гнучкі сенсори вологості на основі наноцелюлози для носимої електроніки

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorЛапшуда, В. А.
dc.contributor.authorКоваль, В. М.
dc.contributor.authorДушейко, М. Г.
dc.contributor.authorБарбаш, В. А.
dc.date.accessioned2023-03-02T09:54:49Z
dc.date.available2023-03-02T09:54:49Z
dc.date.issued2022
dc.description.abstractenProblem. Humidity control is necessary for many areas of modern human life, including agriculture, food and automotive industries, electronics manufacturing, medicine and everyday life. A new trend in medical sensors is the use of flexible wearable sensors that can be attached to a person's body or the clothing adjacent to it. Such sensors are able to repeat the shape of the body and deform as needed, without breaking or causing discomfort to the patient. Today, nanocellulose (NC) is a rather promising humidity-sensitive material, which is characterized by high hydrophilicity and sufficient flexibility, and at the same time it is a biodegradable material. The purpose of the work. Development and research of flexible humidity sensors based on nanocellulose as a moisture-sensitive film, depending on the nature of the raw material and the method of NC manufacturing, as well as the configuration of the device electrodes. Research results. Three groups of humidity sensors were manufactured: capacitive sensors with electrodes in the form of expanded capacitor; resistive sensors made on the base of interdigital electrodes; resistive sensors made on the base of planar-parallel electrodes. In each configuration, 4 different nanocellulose hydrogels were used, made from reed or wheat straw by hydrolysis or TEMPO methods. The static and dynamic characteristics of humidity sensors were investigated, and conclusions were drawn regarding the optimal type of electrode configuration, raw materials and the method of NC synthesis. The largest sensitivity and the smallest hysteresis are demonstrated by the sensor made on the basis of an interdigital electrode and nanocellulose, synthesized by the TEMPO method - 0.164 (%RH)-1 and 1.5%, respectively. However, the high speed (response time - 6 s, recovery time - 10 s), short-term stability (deviation during device measuring under constant humidity for 1 h - 1.4%) and repeatability of results (deviation during cycling between different humidity levels - 1.6%) are observed for sensors, manufactured by the hydrolysis method, and for both types of sensors (resistive and capacitive device). Conclusions. It was established that the static parameters (response, sensitivity and reversibility) of humidity sensors depend mainly on the type of electrode configuration and the source material for the NC synthesis, while dynamic parameters (repeatability during cycling, short-term stability, response time and recovery time) depend on NC synthesis method. At the same time, it was shown that resistive sensors demonstrate significantly better parameters of sensitivity and hysteresis compared to capacitive devices. The obtained flexible humidity sensors can be used in wearable medical electronics.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Контроль вологості необхідний у багатьох сферах сучасного людського життя, серед яких сільське господарство, харчова та автомобільна промисловість, виробництво електроніки, медицина та повсякденне життя. Новим трендом медичної сенсорики є використання гнучких носимих сенсорів, які можуть кріпитися на тіло або одяг людини, що прилягає до нього. Такі сенсори здатні повторювати форму тіла та деформуватися за потреби, не руйнуючись та не викликаючи дискомфорту пацієнта при їх використанні. Перспективним матеріалом для сенсорів вологості є наноцелюлоза (НЦ), яка вирізняється високою гідрофільністю, низькою вагою, достатньою механічною міцністю і гнучкістю та короткою тривалістю процесу біорозкладу. Мета роботи. Розробка і дослідження гнучких сенсорів вологості на основі наноцелюлози як вологочутливого шару залежно від природи вихідної сировини та методу виготовлення НЦ, а також конфігурації електродів приладу. Результати досліджень. Виготовлено 3 групи сенсорів вологості: ємнісні сенсори на електродах типу розгорнутий конденсатор; резистивні сенсорі, виготовлені на основі зустрічно-штирьової гратки та резистивні сенсори, виготовлені на основі плоско-паралельних електродів. В кожній конфігурації використано 4 різні гідрогелі наноцелюлози, які виготовлені з очеретяної на пшеничної органосольвентної целюлози методами кислотного гідролізу або окиснення реактивом 2,2,6,6-тетраметилпіперидин-1оксил (ТЕМПО). Досліджені статичні та динамічні характеристики сенсорів вологості, а також зроблені висновки щодо оптимального виду конфігурації електродів, вихідної сировини та методу синтезу наноцелюлози. Найкращу чутливість та найменший гістерезис демонструє сенсор, виготовлений на основі зустрічно-штирьової гратки та наноцелюлози, одержаної методом окиснення ТЕМПО - 0,164 (%RH)-1 та 1,5 %, відповідно. Однак найкращу швидкодію (час відгуку 6 с, час відновлення 10 с), короткочасову стабільність (відхилення під час вимірювання постійної вологості протягом 1 год – 1,4 %) та повторюваність результатів (відхилення під час циклювання між різними рівнями вологості – 1,6 %) демонструють сенсори вологості на основі НЦ, виготовленої методом кислотного гідролізу, причому для обох типів сенсорів (резистивного та ємнісного). Висновки. Встановлено, що статичні параметри (відгук, чутливість та реверсивність) сенсорів вологості залежать переважно від типу конфігурації електродів та вихідного матеріалу для одержання наноцелюлози, а динамічні параметри (повторюваність під час циклювання, короткотривала стабільність, час відгуку та час відновлення) – від методу одержання НЦ. Показано, що резистивні сенсори демонструють значно кращі показники чутливості та гістерезису порівняно із ємнісними приладами. Одержані гнучкі сенсори вологості можуть бути використані в носимій медичній електроніці.uk
dc.format.pagerangeС. 42-50uk
dc.identifier.citationГнучкі сенсори вологості на основі наноцелюлози для носимої електроніки / Лапшуда В. А., Коваль В. М., Душейко М. Г., Барбаш В. А. // Вісник КПІ. Серія Приладобудування : збірник наукових праць. – 2022. – Вип. 64(2). – С. 42-50. – Бібліогр.: 23 назви.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/53250
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceВісник КПІ. Серія Приладобудування : збірник наукових праць, 2022, Вип. 64(2)uk
dc.subjectнаноцелюлозаuk
dc.subjectполіімідuk
dc.subjectгнучкі сенсори вологостіuk
dc.subjectносима електронікаuk
dc.subjectnanocelluloseuk
dc.subjectpolyimideuk
dc.subjectflexible humidity sensorsuk
dc.subjectwearable electronicsuk
dc.subject.udc621.38uk
dc.titleГнучкі сенсори вологості на основі наноцелюлози для носимої електронікиuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
VKPI-sPr_2022-64_p42-50.pdf
Розмір:
1 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник КПІ. Серія Приладобудування: збірник наукових праць, Вип. 64(2)