詳解3D打印在可延伸觸覺傳感器中的應(yīng)用
近日,明尼蘇達(dá)大學(xué)Michael C. McAlpine教授在Adv. Mater.上發(fā)表了其課題組的最新研究成果“3D Printed Stretchable Tactile Sensors”,本站之前也對其進(jìn)行了報道。據(jù)悉,研究人員采用多材料、多尺度和多功能的3D打印方法,在自由表面上加工生成了3D觸覺傳感器。個性化觸覺傳感器具有檢測和區(qū)分人體運動狀況的能力,包括脈搏監(jiān)測和手指運動等。利用個性化3D打印技術(shù)生產(chǎn)功能材料和設(shè)備,可以實現(xiàn)可穿戴電子系統(tǒng)中的各種傳感器的生物兼容性的優(yōu)化調(diào)整,為仿生皮膚的應(yīng)用開辟新路線。接下來小編就為大家詳解其中的原理以及應(yīng)用。
圖一 觸覺傳感器設(shè)計原理和3D打印過程示意圖
(a)觸覺傳感器的組成示意圖:基底層、頂部和底部電極、隔離層、傳感器層和支撐層;
(b)觸覺傳感器的側(cè)視圖;
(c)觸覺傳感器的俯視圖;
(d)玻璃基板上觸覺傳感器的3D打印過程,包括8個步驟:
步驟I:打印面積為16mm2的方形硅氧烷基底層;
步驟II:使用75wt%銀/硅氧烷油墨在基底層上打印9mm2的方形底部電極層;
步驟III:使用68 wt%銀/硅氧烷油墨在電極層上打印半徑為350μm,高為1mm,壁厚為150μm的圓筒壁作為傳感器層;
步驟IV:使用硅氧烷油墨打印9mm2的隔離層;
步驟V:使用40 wt%普朗尼克墨水打印厚度為0.8mm的9mm2的方形支撐層;
步驟VI:使用75 wt%銀/硅氧烷油墨打印4mm2的方形頂部電極層;
步驟VII:將傳感器浸泡3小時以除去支撐層;
步驟VIII:干燥傳感器。
(a-b) SEM圖表明Ag顆粒在68 wt%和75 wt%銀/硅氧烷油墨中的分布,標(biāo)尺為5μm;
(c) 具有不同Ag含量的固化油墨的拉伸曲線;
(d) 具有不同Ag含量的固化油墨的壓縮曲線;
(e) 三種油墨的外加壓力與其電阻的關(guān)系曲線,其中68 wt%Ag的樣品為圓柱體(直徑1mm,高度為1mm),70 wt%和80 wt%Ag的樣品為細(xì)絲狀(長度為15mm,直徑為0.2mm);
(f) 三種不同的循環(huán)壓力作用下,68 wt%銀/硅氧烷油墨傳感層的相對電流變化情況。
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