1. कस्टम मुद्रित स्ट्रेन गेज
संरचनात्मक निगरानी, पहनने योग्य तकनीक, रोबोटिक्स और लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स में स्ट्रेन गेज महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। पारंपरिक स्ट्रेन गेज, हालांकि व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, कठोर सब्सट्रेट, जटिल असेंबली प्रक्रियाओं और अनुकूलन की कमी के कारण सीमित हैं। मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स में प्रगति - विशेष रूप से प्रवाहकीय नैनोकण स्याही के साथ - डिजिटल रूप से निर्मित स्ट्रेन सेंसरों के एक नए वर्ग को सक्षम कर रही है जो हल्के, लचीले और अनुप्रयोग-विशिष्ट हैं।
यह श्वेत पत्र नोवासेन्ट्रिक्स द्वारा निर्मित सिल्वर नैनोपार्टिकल स्याही का उपयोग करके मुद्रित स्ट्रेन गेज के विकास और सत्यापन की समीक्षा करता है। कुछ अकादमिक अध्ययनों पर प्रकाश डाला गया है:
- लुइसविले विश्वविद्यालय से दो (संदर्भ 1, संदर्भ 2) प्रदर्शन एरोसोल जेट प्रिंटिंग (AJP) तनाव गेज का उपयोग JS-A426 स्याही, जिसमें गेज डिजाइन, सिंटरिंग अनुकूलन और गेज फैक्टर माप शामिल हैं।
- सैन एंटोनियो स्थित टेक्सास विश्वविद्यालय से एक (संदर्भ 3) का उपयोग कर JS-A102A स्याही और दूसरा नोवी साद विश्वविद्यालय से (संदर्भ 4) इंकजेट (ड्रॉप-ऑन-डिमांड) प्रिंटिंग के साथ JS-B25HV और JS-B15P का उपयोग करके एक ही पास में ज्यामितीय रूप से विविध सेंसरों का तेजी से निर्माण करना।
- दो अतिरिक्त अध्ययन वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों को प्रदर्शित करते हैं: एक डेल्टा रोबोट जिसमें एम्बेडेड स्ट्रेन सेंसिंग का उपयोग किया गया है जेएस-बी25पी (संदर्भ 5) और रोबोटिक सेंसिंग के लिए एक स्पर्शनीय त्वचा जेएस-ए426 (संदर्भ 6).
साथ में, ये अध्ययन दर्शाते हैं कि किस प्रकार नोवासेन्ट्रिक्स स्याही तीव्र प्रोटोटाइपिंग, अनुकूलन योग्य सेंसर डिजाइन, तथा विभिन्न मुद्रण प्लेटफार्मों पर वाणिज्यिक गेजों के साथ प्रतिस्पर्धी प्रदर्शन का समर्थन करती है।
2. परिचय और पृष्ठभूमि
संरचनाओं और सामग्रियों में यांत्रिक विकृति को मापने के लिए विकृति मापक मूलभूत उपकरण हैं। ये एक सरल सिद्धांत पर काम करते हैं: जब किसी चालक तत्व को खींचा या संपीड़ित किया जाता है, तो उसकी ज्यामिति बदल जाती है, जिससे उसका विद्युत प्रतिरोध बदल जाता है। इस प्रतिरोध परिवर्तन को विकृति को मापने के लिए मापा जा सकता है।
पारंपरिक स्ट्रेन गेज, जो आमतौर पर बहुलक आधार पर चिपके हुए नक्काशीदार धातु के पन्नी से बने होते हैं, प्रभावी होते हैं, लेकिन प्रमुख सीमाओं से ग्रस्त होते हैं: कठोर सब्सट्रेट निर्भरता, चिपकने वाला माउंटिंग, जटिल विनिर्माण और संयोजन, और सीमित डिजाइन स्वतंत्रता।
मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स एक परिवर्तनकारी अवसर प्रस्तुत करते हैं। लचीले सब्सट्रेट पर सीधे प्रवाहकीय स्याही को डिजिटल रूप से पैटर्न करके, अब सॉफ़्टवेयर स्तर पर सेंसर ज्यामिति को अनुकूलित करना, घुमावदार या नरम सतहों पर प्रिंट करना, और डिज़ाइनों को तेज़ी से दोहराना संभव है।
नोवासेन्ट्रिक्स विशिष्ट प्रिंट प्लेटफ़ॉर्म के लिए अनुकूलित धातु नैनोकण स्याही का एक सेट प्रदान करता है—जिसमें चांदी, तांबा और मिश्र धातु प्रणालियाँ शामिल हैं। उनकी स्याही मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स की कठोर आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिज़ाइन की गई हैं।
3. स्ट्रेन गेज के लिए नोवासेन्ट्रिक्स इंक
नोवासेन्ट्रिक्स की सुचालक स्याही डिजिटल जमाव और पोस्ट-प्रिंट प्रसंस्करण के लिए डिज़ाइन की गई हैं, जो मुद्रित सेंसरों के उन्नत निर्माण में सहायक हैं। नोवासेन्ट्रिक्स की कई सिल्वर नैनोपार्टिकल स्याही को स्ट्रेन गेज अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए अकादमिक अनुसंधान में मान्यता प्राप्त है।
- जेएस-ए426: AJP-अनुकूलित सिल्वर स्याही लचीले सब्सट्रेट पर बारीक लाइन मुद्रण के लिए।
- जेएस-ए102ए, जेएस-बी25पी, जेएस-बी25एचवी और जेएस-बी15पी: इंकजेट-अनुकूलित सिल्वर स्याही रैपिड प्रोटोटाइप के लिए।
4. केस स्टडीज़: नोवासेन्ट्रिक्स इंक का उपयोग करके मुद्रित स्ट्रेन गेज
4.1 JS-A426 एरोसोल जेट प्रिंटिंग के माध्यम से (लुईसविले विश्वविद्यालय)
लुइसविले विश्वविद्यालय के दो अध्ययनों ने कैप्टन पर कस्टम स्ट्रेन गेज बनाने के लिए एयरोसोल जेट प्रिंटिंग के साथ JS-A426 के उपयोग को प्रदर्शित किया।
गेज फैक्टर (GF) स्ट्रेन गेज के लिए योग्यता का एक प्रमुख आंकड़ा है और इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है:
जीएफ = (ΔR / R) / ε
जहाँ ΔR प्रतिरोध में परिवर्तन है, R मूल प्रतिरोध है, और ε आरोपित विकृति है। उच्च GF अधिक संवेदनशीलता दर्शाता है। अधिकांश व्यावसायिक धातु पन्नी गेजों का GF मान 2.0 और 2.2 के बीच होता है। नोवासेन्ट्रिक्स स्याही का उपयोग करके मुद्रित गेजों ने GF मान 1.7 से 2.0 की सीमा में प्रदर्शित किए हैं।
मुख्य परिणाम:
- प्रिंटर: ऑप्टोमेक एजेपी
- लाइन की चौड़ाई: 50–60 μm
- सिंटरिंग: 200-240 घंटों के लिए 18-24 °C
- चालकता: ~7.05×10⁶ S/m
- गेज फैक्टर: 1.85 (2021), 1.74 (2023)
2023 के अनुवर्ती अध्ययन में सिंटरिंग स्थितियों के आधार पर चालकता पूर्वानुमान मॉडल भी प्रस्तुत किया गया, जिससे विविध सबस्ट्रेट्स के लिए प्रक्रिया नियंत्रण में सुधार हुआ।
4.1.2 लचीले सब्सट्रेट पर स्पर्श संवेदन के लिए JS-A426
इस कार्य ने रोबोटिक स्किन के लिए PDMS में एम्बेडेड एक सर्वदिशात्मक स्पर्श संवेदक के निर्माण हेतु JS-A426 के उपयोग का विस्तार किया। तारा-आकार के पैटर्न और एनकैप्सुलेशन का उपयोग करते हुए, इस संवेदक ने ~5000 के गेज कारक के साथ 1.85 चक्रों में मज़बूत प्रदर्शन प्राप्त किया, जिससे गतिशील रोबोटिक वातावरणों के लिए इसकी व्यवहार्यता प्रदर्शित हुई।
4.2 JS-A102A इंकजेट ड्रॉप-ऑन-डिमांड के माध्यम से (सैन एंटोनियो में टेक्सास विश्वविद्यालय)
इस अध्ययन में, सेंसर के त्वरित निर्माण का पता लगाने के लिए JS-A102A और Dimatix DOD इंकजेट प्रिंटर का उपयोग किया गया। कैप्टन पर कई ज्यामितियाँ मुद्रित की गईं, जिससे 2.3°C और 7.2°C पर क्रमिक रूप से सिंटरिंग के बाद 50-150 Ω के बीच प्रतिरोध प्राप्त हुआ। इस पद्धति ने तीव्र गति परिवर्तन और स्थिरता का प्रदर्शन किया, जो विभिन्न लेआउट में स्ट्रेन सेंसर के प्रोटोटाइप के लिए आदर्श है।
4.3 इंकजेट प्रिंटिंग के माध्यम से JS-B25HV और JS-B15P (नोवी साद विश्वविद्यालय)
शोधकर्ताओं ने पेशेवर और डेस्कटॉप इंकजेट प्रणालियों से मुद्रित JS-B25HV और JS-B15P स्याही के प्रदर्शन की तुलना की। पॉलीइमाइड और PET पर, सेंसरों ने स्याही, सब्सट्रेट और परत संख्या के आधार पर 1.58 से 2.03 तक GF मान प्राप्त किए। अल्पावधि में स्थायित्व और स्थिरता अच्छी रही, 2+ महीनों में मामूली प्रतिरोध विचलन के साथ।
5. वास्तविक दुनिया में अनुप्रयोग: ओरिगेमी-आधारित डेल्टा रोबोट में मुद्रित स्ट्रेन गेज
इस्तांबुल तकनीकी विश्वविद्यालय की एक टीम ने JS-B25P का उपयोग करके मुद्रित स्ट्रेन गेज को एक फोल्डेबल डेल्टा रोबोट में एकीकृत किया। सेंसर PET पर मुद्रित किए गए और कोण माप के लिए ओरिगेमी जोड़ों में जड़े गए। उन्होंने प्रतिरोध परिवर्तन के माध्यम से 0°-90° गति को सफलतापूर्वक ट्रैक किया, जिससे हल्के रोबोटिक प्रणालियों में क्लोज्ड-लूप नियंत्रण के लिए एनालॉग फीडबैक संभव हुआ।
6. वास्तविक-विश्व अनुप्रयोग: रोबोटिक त्वचा में स्पर्श संवेदन के लिए JS-A426
JS-A426 का उपयोग करके एक तारे के आकार का स्ट्रेन गेज लचीले कैप्टन पर मुद्रित किया गया और स्पर्शनीय त्वचा संवेदक के रूप में कार्य करने के लिए PDMS में अंतःस्थापित किया गया। सर्वदिशात्मक संवेदनशीलता के लिए डिज़ाइन किया गया, इसने साइनसॉइडल और स्टेप इनपुट के तहत रैखिक और दोहराव योग्य प्रतिक्रिया प्राप्त की। इस सेंसर ने सॉफ्ट रोबोटिक्स के लिए उत्कृष्ट स्थायित्व और सिस्टम एकीकरण क्षमता का प्रदर्शन किया।
7. सारांश और आउटलुक
विविध शैक्षणिक और अनुप्रयुक्त शोध अध्ययनों में, नोवासेन्ट्रिक्स सिल्वर नैनोपार्टिकल स्याही ने कई डिजिटल प्रिंटिंग विधियों का उपयोग करके उच्च-प्रदर्शन, लचीले स्ट्रेन गेज बनाने में अपनी प्रभावशीलता साबित की है। एरोसोल जेट से लेकर इंकजेट तक, और कैप्टन से लेकर पीईटी तक, इन स्याहीयों ने विश्वसनीय चालकता, 1.7-2.0 की सीमा में दोहराए जाने योग्य गेज कारक मान, और वास्तविक दुनिया की रोबोटिक प्रणालियों और स्पर्श संवेदकों में एकीकरण प्रदर्शित किया है।
ज्यामिति को अनुकूलित करने, लचीले सब्सट्रेट पर सीधे प्रिंट करने और कम लागत वाली मुद्रण प्रणालियों का उपयोग करने की क्षमता इन स्याहीयों को तीव्र प्रोटोटाइपिंग, उत्पादन और नवीन अनुप्रयोग क्षेत्रों जैसे सॉफ्ट रोबोटिक्स, पहनने योग्य उपकरण और संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी के लिए आकर्षक बनाती है।
भविष्य के निर्देशों में शामिल हैं:
- अल्ट्रा-लो थर्मल बजट अनुप्रयोगों के लिए फोटोनिक सिंटरिंग (जैसे, पल्सफोर्ज) का उपयोग करना।
- तनाव सेंसर को अतिरिक्त कार्यों (जैसे, तापमान, दबाव) के साथ संयोजित करना।
- OEM और अनुसंधान सेटिंग्स में तेजी से तैनाती के लिए मान्य सेंसर ज्यामिति के पुस्तकालयों का विकास करना।
नोवासेन्ट्रिक्स के विस्तारित सामग्री पोर्टफोलियो और पारिस्थितिकी तंत्र समर्थन से प्रयोगशाला-स्तरीय नवाचार से स्केलेबल विनिर्माण तक शीघ्रता से आगे बढ़ना संभव हो गया है।
8। संदर्भ
- रत्नायके एट अल., आईईईई फ़्लेप्स, 2021
- रत्नायके एट अल., आईईईई जेफ्लेक्स, 2023
- डिपोन एट अल., फेरोइलेक्ट्रिक्स, 2023
- ज़्लेबिक एट अल., इलेक्ट्रॉनिक्स और एनर्जेटिक्स, 2016
- कलाफ़त, हित्ती जर्नल ऑफ़ साइंस एंड इंजीनियरिंग, 2022
- ओलोवो एट अल., आईईईई जर्नल ऑन फ्लेक्सिबल इलेक्ट्रॉनिक्स, 2023
छवि क्रेडिट
छवि स्रोत: स्ट्रेन गेज चित्रण, के अंतर्गत उपयोग किया जाता है सीसी द्वारा एसए 2.5.
