静水压力释放器

近日，受水母听石结构对超低频声信号响应灵敏的启发，中北大学王任鑫副教授、张文栋教授课题组开发了一种新颖的压阻式仿生矢量水听器（OVH），其核心敏感结构为顶端集成空心球体的仿生纤毛（密闭中空球外径1mm，内径530μm，直杆粗350μm，高3.5mm），基于摩方精密PμSL 3D打印技术（nanoArch P130，光学精度2μm)制备而成。OVH接收灵敏度达-202.1 dB@100 Hz(0 dB@1 V/μPa)，工作频带为20-200Hz，OVH的平均等效声压灵敏度达到-173.8 dB，能耐10 MPa静水压力，显示出OVH在低频水声探测的应用潜力。该成果以“Design and implementation of a jellyfish otolith-inspired MEMS vector hydrophone for low-frequency detection”为题发表在Microsystems & Nanoengineering上。https://doi.org/10.1038/s41378-020-00227-w图1 工作示意图仿真分析OVH敏感微结构梁上的应力分布，OVH的最大应力高于之前研制的LVH、CuVH和WIVH。图2 敏感微结构梁上应力的仿真图3 OVH十字梁敏感微结构的MEMS工艺流程图MEMS工艺流程如下：1SOI上热氧化2第1次光刻，刻蚀氧化硅，剩余40nm3离子注入B，形成轻掺杂压阻区4第2次光刻，离子注入B，形成重掺杂区5去除表层氧化硅，退火，修复晶格，激活杂质6溅射金属，第3次光刻，腐蚀，合金退火，形成欧姆接触7第4次光刻，正面浅刻蚀，形成纤毛粘接槽8第5次光刻，正面刻蚀硅器件层，直至埋氧层，得到十字梁结构9第6次背面光刻，背面刻蚀氧化层、硅衬底层及埋氧层，释放十字梁结构图4 OVH的实验测试结果图4.a-4.c可以清楚看到十字梁微结构以及与听石状纤毛。3D打印的听石状纤毛形状完好，可以与十字梁微结构对准集成。图4.d-4.e为MEMS水听器的接收灵敏度-频率响应曲线和OVH的100 Hz指向性图。图4.f-4.h为对OVH进行的耐静水压力测试，验证了OVH能在10MPa水压力环境下正常工作。需要指出的是，基于摩方精密公司PμSL 3D打印技术制备的听石状纤毛形状和参数可调控，且制备的密闭中空球可承受10MPa静水压力，这一结果有望进一步将PμSL 3D打印技术拓展至其他水下传感器的应用。

——寻找合适的合作伙伴并购买他们的解决方案所带来的益处将超过投资这种新型本设备所存在的风险。在英国基尔大学的多学科生物工程和治疗性小组中，研究人员开展了多个着重于细胞及组织工程学和使能技术的研究项目。这些内容包含在他们给诊所的介绍中。其中一个研究领域是再生机制，由医学科学&技术研究所的主管Alicia El Haj教授领头。挑战随着对结缔组织的组织生物工程学的关注，其中包括对骨头，软骨，肌腱和韧带的关注，El Haj教授和他的团队-博士后Dr. Yvonne Reinwald和Dr. James Henstock以及博士生Joshua Price，需要一个更为复杂的系统来对细胞和组织进行静水刺激。他们现有的机械压缩系统无法对多孔他们现有的机械压缩系统无法对多孔组织培养板上的组织再造生理压力，从而测试不同的模型组织，并允许实验中存在大量的样本。他们知道，在组织内部制造生物反应器不仅消耗时间，而且还需要一支跨专业团队，这在其他实验室很难进行。作为一个早期的解决方案而不是本土系统，他们需要行业合作伙伴提供一个可靠的生物反应器，确保可重复性结果，增加处理量，并由不同部门提供使用的灵活性。最重要的是，这一系统要求在这些新型实验过程中保证细胞处于存活状态，并保持健康。购买静压生物反应器后，El Haj教授就能够进行不同种类的刺激，这是他们现有试验所无法完成的。但是变化会带来不确定性。El Haj说：“因为这是一种不同的类型，需要把所产生的结果与之前已经发表的数据进行仔细比较。此外，增加样本数量会带来风险-如果无法很好地控制系统，则可能会带来更大的变数。”因为了解到所存在的这些风险因素，因此El Haj希望从一家有声望的高端设备制造商处购买生物反应器。寻找到合适的合作伙伴并购买解决方案所带来的益处超过了投资这种新型设备可能存在的风险。解决方案El Haj教授和Instron共同设计了一个可以工业化生产的生物反应器。CartiGen HP生物反应器能提供静态或动态的静水压力，通过模拟生理条件，促进实验室中192份独立、同步样本中自然细胞的生长。在收集基准数据后，她就能够确定，HP生物反应器系统中所使用的多孔细胞培养板上产生了蒸发作用。“启用一个新系统的基本要求是能够保证细胞存活，”El Haj说，“细胞需要生存在含水和养分的环境中，过度的蒸发作用会对细胞产生很大的破坏。”在了解其重要性后，Instron团队做了一个小改变，以保证细胞连续和持续性的水化。他们在仪器的顶部粘贴了一张现成的薄膜，以减少蒸发作用，但同时能保证气体流通，确保细胞处于存活状态。结果生物反应器为基尔大学的再生医学团队提供了更多的可能性。因为净水压力在众多的生物系统中起着至关重要的作用，因此，研究员能借助于新的生物反应器在实验室再造一个必需的环境，在这个环境中观察了解发育生物学，将来还能把发育生物学用于改善TERM疗法。El Haj说：“如果没有这套系统，现在进行的很多操作都无法实现。这套系统彻底提高了我们在3D模型上进行的生理力量研究的能力。”

标准集团(香港)有限公司专业生产(供应)销售织物防水性能测试系列产品，公司具有良好的市场信誉，专业的销售和技术服务团队，凭着经营织物防水性能测试仪器系列多年经验，熟悉产品的各项技术支持，供货周期短，价格最优，欢迎来电咨询!1. 防水性能测试标准　　纺织品防水性能检测也称抗水性检测，主要分为抗水渗透性(静水压)检测、表面拒水性(喷淋)检测和淋雨测试，国内外常用的检测方法见下表1：表1 国内外主要检测标准　　　上表中的国家标准和日本JIS方法体系的技术方法基本上等效采用ISO，而AATCC方法检测方法与ISO 的主要不同之处在于：AATCC的静水压检测只要求至少有3个样品，而喷淋检测的评级采用打分制且可评中间级别 而淋雨检测使用不同的淋雨仪且只衡量吸水纸的质量变化。2. 防水性能测试方法2.1 静水压(ISO 811-1981)2.1.1 应用范围及原理　　静水压检测适用于测定紧密织物(如帆布、油布、帐篷布及防雨服装布等)水渗透时的压力，理论上纺织品的静水压(P)可以用以下公式求得：　　式中：　　γL——水的表面能 　　θ ——微孔内壁与水的接触角 　　r ——微孔半径 　　g ——重力加速度。　　由公式可见，当90°θ180°时，θ越大，织物表面能越低，微孔的半径(r)越小，静水压(P)越高。而静水压的检测结果在样品和试验液体一定的条件下，与水温、测试面积和水压上升速率有关。试验结果表明，织物的静水压性能中大约有52%是由织物表面孔径决定的，有44%是由织物表面能决定的，有4%是由其他因素决定的。故防水级别要求高的织物在织物的表面必须有微小而均匀的孔和非常低的表面能。2.1.2 试验仪器　　耐静水压测试仪，如图1。　　图1 耐静水压测试仪2.1.3 试验步骤及结果　　在织物有不同部位取5块代表性试样，一般情况下，水压上升速率选0.59kPa/min，水温为20℃，按规定在标准大气条件下调湿试样后，织物试验面与水接触，对试样施加递增的水压，并不断观察渗水的现象，记录织物上第3处渗水时的静水压值，重复测试取平均值。检测结果的计量单位用kPa和Pa表示。结果越大，表明抗静水压性能越好。2.2 喷淋试验(ISO 4920-1981)2.2.1 应用范围和原理　　喷淋检测适用于测定各种已经或未经拒水整理织物表面抗湿的能力。该性能表示液体在纺织品表面的润湿情况，与检测液体和纺织品表面的表面能和固液接触角θ有关。根据Young方程式：　　式中：　　θ——固-液-气三相边界处的接触角 　　γsv——固体与气体界面的表面能 　　γsl——固体与液体界面的表面能 　　γlv——液体与气体界面的表面能。　　由公式可见，γsv一定时，γlv越小，θ越小，液体越容易润湿固体。　　因而在试样、液体种类和温度一定的条件下，喷淋检测的试验结果与检测液体流速、样品在仪器上如何摆放等有关。2.2.2 试验仪器　　喷淋式拒水性能测试仪，如图2。　　图2 喷淋式拒水性能测试仪2.2.3 测试步骤及结果　　在织物有不同部位至少取3块具有代表性的试样。一般情况下，水温为20℃，按规定在标准大气条件下调湿试样后，织物试验面与水接触接受喷淋，试样经向与水流方向平行。将250ml的水迅速而平衡地注入漏斗中，淋水一停，迅速使夹持器连同织物试验面朝下几乎成水平，轻轻敲打2次，根据标准文字描述或图片评定观察到的试样润湿程度的级别，从5级到1级，5级最佳，1级最差，不评中间等级，评级由至少2名有喷淋评级经验的检测人员进行。重复测试获得3个试验数据，报告每个测试样品的试验结果。2.3. 淋雨试验(ISO 9685-1991)2.3.1 应用范围及原理　　淋雨检测适用于测定织物在运动状态下经受阵雨的防水性能，其中包括表面沾湿和纺织品润湿吸收水分的能力，在拒水性原理的基础上，还有纺织品润湿原理，可用Young-Laplace’s方程解释：　　式中：　　γ——试验液体的表面张力 　　r ——测试孔的半径 　　θ——润湿液体对孔壁的接触角。　　由上式可见，纺织品润湿吸水的检测结果在样品与试验液体一定的条件下，与水温、测试面积和水压有关。2.3.2 试验仪器　　邦迪斯门淋雨性测试仪，如图3。　　图3 邦迪斯门淋雨性测试仪2.3.3 测试步骤及结果　　在织物上至少取4块代表性试样，按规定在标准大气下调湿样品。试验或校验前，先校正流量 ，移上挡雨板，称量调湿后试样的质量(m1)。试样的测试面平整无张力地放于样杯上，用夹样环夹住，拉开挡雨板，使试样受淋10min。用参比样照目测评定试样的拒水性(类似喷淋检测的评级)，试样离心脱水15s，立即称出其质量(m2)。计算吸水率(W)，以质量百分比表示，公式如下：3. 性能评价　　目前，国际上纺织品的防水检测方法中均没有对防水性能评价的规定，相关检测机构对纺织品防水性能的评价往往是用户根据纺织品的种类和用途来确定检测要求。纺织品的用途和档次不同导致了防水性能有较大差异，评价要求也不同。由于纺织品的防水与透湿性能往往是一对矛盾的共同体，防水性能好的产品的透湿性能相对较差。目前，防水和透湿性能都好的产品往往是最高档的产品，所以也极大限制了防水纺织品的使用范围。　　国际上著名的防水纺织品品牌，如：“Teflon”“Scotchgard”“Gore-Tex”等品牌检测认证程序，往往是根据服用纺织品、家居纺织品或产业用纺织品等不同用途来确定产品的具体性能指标要求。美国军用标准中防水纺织产品的耐水压最低要求为13.68kPa，日本自卫队雨衣的耐水压在13.73kPa以下。我国公共安全行业标准GA 10-1991规定，防护服抗渗水内层耐静水压不得小于3.92kPa。而ASTM D3781要求：织物拒水性水洗前应达到4级以上，一次水洗后仍能达到3级以上 淋雨检测的要求往往是吸水质量最大为1g。GB 12799要求纺织品水洗前拒水性达到5级，水洗30次仍至少为≥1级。　　更多关于 织物防水性能测试仪器资料信息，请关注：http://www.standard-groups.cn/chanpin/zwjfz/gnxcs/1005.html 　　标准集团(香港)有限公司专注于检测仪器行业13年，有着丰富的技术经验积累和众多成功的案列，同全国各大企业有着广泛的合作关系，服务和产品质量一流、我们的仪器，价格合理、品质保障、供货周期短服务热情周到，欢迎来电咨询 座机：021-64208466 手机：13671843966。