SENSITIVITY IMPROVEMENT STRATEGIES AND APPLICATIONS FOR FLEXIBLE AND WEARABLE CAPACITIVE PRESSURE SENSORS
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MELİH ÖGEDAY ÇİÇEK
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Hüsnü Emrah Ünalan
Eş Danışman: Simge Çinar Aygün
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
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.