Polymer sensors
| Téma: | Polymerní senzory
|
| Topic: | Polymer sensors |
| Školitel/Tutor: | Prof. Ing. Petr Slobodian, Ph. D |
| Konzultant/Consultant: | Ing. Robert Olejník, Ph.D |
| E-mail: | slobodian@utb.cz |
| Anotace: | |
| Senzory vyrobené z polymerů a polymerních nanokompozitů mohou být použity k detekci a měření různých chemických nebo fyzikálních vlastností. Mohou sloužit k monitorování mechanických vlastností, elektrických parametrů, snímání světla nebo detekce různých optických vlastností, detekce plynných látek, biologických molekul nebo procesů. Mají široké spektrum aplikací s nespornými výhodami proti konvenčním řešením, jako jsou flexibilita a elasticita, nízká cena a snadná výroba, snadná integrace, nízká hmotnost a ekonomická proveditelnost plastikářskými technologiemi nebo aditivními technologiemi. Mechanicko-elektrické generování elektřiny těmito senzory principy piezo, flexo a triboelektrifikace je využito pro aplikace v oblastech jako je nositelná elektronika, zdravotní péče, průmyslová automatizace, případně pro sběr elektrické energie. Hlavním cílem této práce je pochopení a popis principů použitelných do oblasti senzorů na bázi polymerů a jejich polymerních kompozitů [1]. Vnější stimuly jako je mechanická deformace, změna teploty nebo okolní atmosféry mění elektrické vlastnosti polymeru vnímaného jako senzor. Principy piezorezistivní, termoelektcické, piezo a flexoelektrické budou pak detekovat a kvantifikovat tyto změny [2-5]. Vhodnými technikami jako jsou například plastikářská technologie, konfekce kompozitů nebo například 3D tisk budou pak polymery přímo designovány do formy aktivních senzorů vnějšího stimulu.
|
|
| Annotation: | |
| Sensors made of polymers and polymer nanocomposites can be used to detect and measure various chemical or physical properties. They can monitor mechanical properties, electrical parameters, light or various optical properties, detect gaseous substances, biological molecules or processes. They have a wide range of applications with indisputable advantages over conventional solutions such as flexibility and elasticity, low price and easy production, easy integration, low weight and economic feasibility with plastic technologies or additive technologies. The mechanical-electrical generation of electricity by these sensors using the principles of piezo, flexo and triboelectrification is used for applications in areas such as wearable electronics, health care, industrial automation, or for the collection of electrical energy. The main goal of this work is to understand and describe the principles applicable to the field of sensors based on polymers and their polymer composites. External stimuli such as mechanical deformation, change in temperature or ambient atmosphere change the electrical properties of the polymer perceived as a sensor. Piezoresistive, thermoelectric, piezo and flexoelectric principles will then detect and quantify these changes. The polymers will then be directly designed into the form of active sensors of an external stimulus using suitable techniques such as polymer processing, composites fabrication or 3D printing.
|
|
| Požadavky na studenta: | |
| Uchazeč s magisterským vzděláním v technických vědách, obecná znalost materiálů a procesů, zběhlost v oblastech matematiky, fyziky a chemie, technická angličtina, praktické zkušenosti s anglicky psanými odbornými texty. Etické chování a touha po vědění.
|
|
| Requirements: | |
| Applicant with master’s degree in technical sciences, general knowledge of materials and processes, proficiency in the fields of mathematics, physics and chemistry, technical English, practical experience with scientific literature written in English. Ethical behavior and the desire for knowledge.
|
|
| Literatura/Literature: | |
| 1. Goncalves, S.A.P., Pereira, N., Costa, C., Branco, P., Lanceros‐Mendez, S. An Interactive Hybrid Book Integrating Capacitive, Piezoelectric, and Piezoresistive Polymer‐Based Technologies. Advanced Engineering Materials. 26(5), 2024.
2. Jianyong, O. Flexible Thermoelectric Polymers and Systems, 2022, John Wiley & Sons, Inc., ISBN:9781119550709. 3. Chang, S.M., Hur, S., Park, J., Lee, D.G., Shin, J., Kim, et al. Optimization of piezoelectric polymer composites and 3D printing parameters for flexible tactile sensors. Addit. Manuf. 67. 2023. 4. Slobodian, P., Olejnik, R., Matyas, J., Riha, P., Hausnerova, B. A coupled piezo-triboelectric nanogenerator based on the elec-trification of biaxially oriented polyethylene terephthalate food packaging films. Nano Energy. 118, 2023, 108986. 5. Slobodian, P., Olejnik, R., Matyas, J., Riha, P. Poisson effect enhances compression force sensing with oxidized carbon nanotube network/polyurethane sensor. Sensors and Actuators A: Physical. 271, 2018, 76-82.
|
|