3D打印還原氧化石墨烯/彈性體樹脂復合材料,用于柔性應變傳感器
發布日期:
2021-11-15

? ? ? ?近年來,物聯網發展迅速,其中柔性傳感技術在智能家居、人體健康監測、軟體機器人、電子皮膚、人機界面等領域發揮著至關重要的作用。在這些應用中,應變傳感器發揮著核心作用,它具有延展性/柔韌性、順應性、輕盈性和魯棒性等特點。在包括壓電、壓阻式、摩擦電式和電容式、壓阻式應變傳感器在內的各種柔性應變傳感器中,具有高靈敏度、良好的頻率響應和簡單的結構獲得了眾多研究人員的關注。


? ? ? ?現有的研究已經提出了許多可擴展的制造方法來制造柔性應變傳感器,例如光刻、噴涂、激光直寫、噴墨打印、鉛筆繪制法和浸涂法。這些方法通常需要復雜的程序,或者效率不高或者成本效益不高。


? ? ? ?3D 打印,也被稱為增材制造,由于其高精度、簡單性和快速成型的優點,最近已被用于制造柔性器件。用于制造柔性設備的常見 3D 打印技術包括數字光處理 (DLP)、直接墨水書寫 (DIW)和熔融沉積建模 (FDM)。 然而,FDM 成型耗時且基于 FDM 的設備的分辨率相對較低。此外,DIW 和 FDM 制備的功能材料是通過噴嘴擠出的,通常難以制造復雜的結構。與 FDM 和 DIW 技術相比,DLP 技術使用 UV 投影儀逐層固化光敏聚合物,以快速成型、表面光滑和高精度的方式制造精細結構。盡管DLP技術取得了巨大成就,但目前的研究主要集中在高性能傳感元件的開發上,并未考慮3D打印應變傳感器。


? ? ? ?石墨烯由于其優異的機械和電學性能,近年來也被用作復合材料中的增強基材。盡管許多研究已經證明添加石墨烯可以改善復合材料的機械和電學性能,但目前對DLP制備的石墨烯基復合材料的機電響應及其在柔性應變傳感器中的潛在應用的研究還很少。


? ? ? ?近日,華南理工大學Cheng Qian等研究人員通過基于DLP的3D打印技術合成了具有結構調制性能的還原氧化石墨烯/彈性體樹脂 (RGO/ER) 復合材料,用于開發柔性應變傳感器。RGO/ER 是通過將丙烯酸酯化脂肪族環氧樹脂 (EAA)、脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯 (AUD) 和 RGO 按一定質量比例混合而制備的。RGO/ER 復合材料在 40% 的線性檢測范圍內具有 6.723 的靈敏度和超過 10 000 次拉伸-松弛循環的良好穩定性。此外,可以使用 DLP 印刷的菱形結構進一步調節 RGO/ER 復合材料的靈敏度。通過使用 DLP 的快速原型制作,制造了具有 RGO/ER 傳感元件和具有菱形結構的 RGO/ER 作為電極的柔性應變傳感器,展示了其在人體運動檢測方面的潛力。


? ? ? ?相關研究成果以“3D Printed Reduced Graphene Oxide/Elastomer Resin Composite with Structural Modulated Sensitivity for Flexible Strain Sensor” 為題發表在ADVANCED ENGINEERING MATERIALS 上。


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