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Enregistrement W4411047117 · doi:10.1088/1361-665x/ade1ba

3D printed CNT/TPU triboelectric nanogenerator for load monitoring of total knee replacement

2025· article· en· W4411047117 sur OpenAlexaff
Osama Abdalla, Mahmood Chahari, Milad Azami, Amir Ameli, Emre Salman, Milutin Stanaćević, Ryan Willing, Shahrzad Towfighian

Notice bibliographique

RevueSmart Materials and Structures · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Sensor and Energy Harvesting Materials
Établissements canadiensWestern University
Organismes subventionnairesNational Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases
Mots-clésTriboelectric effectNanogeneratorMaterials scienceComposite material

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract This study presents the development and characterization of a novel triboelectric nanogenerator (TENG) designed as a self-powered sensor for load monitoring in total knee replacement (TKR) implants. The triboelectric layers comprise a 3D-printed thermoplastic polyurethane (TPU) matrix with carbon nanotube (CNT) nanoparticles and kapton tape, sandwiched between two copper electrodes. To optimize sensor performance, the proposed CNT/TPU TENG sensor is fabricated with varying CNT concentrations and thicknesses, enabling a comprehensive analysis of how material composition and structural parameters influence energy harvesting efficiency. The 1% CNT/TPU composite demonstrates the highest power output among the tested samples. The solid CNT/TPU-based TENG generated the apparent output power of 4.1 µ W under a cyclic compressive load of 2100 N, measured across a 1.6 GΩ load resistance and over a nominal contact area of 15.9 cm 2 , while the foam CNT/TPU film achieved a higher apparent output power of 6.9 µ W measured across a 0.9 GΩ load resistance with the same nominal area. The generated power is sufficient to operate a power management and ADC circuit based on our earlier work. The sensors exhibit a stable open-circuit voltage of 320 V for the foam layer and 275 V for the solid one. Sensitivities are 80.50 mV N −1 ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mtext>⩽</mml:mtext> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:mn>1600</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> N) and 24.60 mV N −1 (&gt; 1600 N) for foam CNT/TPU film, demonstrating the integrated sensor capability for wide-range force sensing on TKR implants. The foam CNT/TPU-based TENG maintained stable performance over 16 000 load cycles, confirming its potential for long-term use inside the TKR. Additionally, the dielectric constant of the CNT/TPU composite was found to increase with increasing CNT concentration. The proposed CNT/TPU TENG sensor offers a broad working range and robust energy-harvesting efficiency, making it appropriate for self-powered load sensing in biomedical applications.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,664

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,232
Écart entre enseignants0,224 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations11
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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