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3D新聞

華南理工:3D打印石墨烯/彈性樹脂復合材料用于柔性應變傳感器

星之球科技 來源:碳藝2021-11-18 我要評論(0 )   

成果簡介具有成本效益和可擴展制造方法的高性能柔性應變傳感器是人機界面、軟機器人和健康監(jiān)測的迫切需求。本文,華南理工大學Cheng Qian等研究人員在《ADVANCED ENGINE...


成果簡介

具有成本效益和可擴展制造方法的高性能柔性應變傳感器是人機界面、軟機器人和健康監(jiān)測的迫切需求。本文,華南理工大學Cheng Qian等研究人員在《ADVANCED ENGINEERING MATERIALS》期刊發(fā)表名為“3D Printed Reduced Graphene Oxide/Elastomer Resin Composite with Structural Modulated Sensitivity for Flexible Strain Sensor”的論文,研究開發(fā)了一種基于數(shù)字光處理的3D打印方法,以可擴展且高效的逐層方式制備由還原氧化石墨烯/彈性體樹脂 (RGO/ER) 組成的柔性應變傳感器復合材料,作為應變傳感元件和具有菱形結構的RGO/ER復合材料作為電極。

作為傳感元件的RGO/ER復合材料在0.01%至40%的線性應變檢測范圍內具有 6.723的靈敏度和超過10 000次拉伸-松弛循環(huán)的高機械穩(wěn)定性。此外,通過結構調制,復合材料響應機械變形的靈敏度得到調制和抑制,可用作應變傳感器的電極。具有結構調制性能的全3D打印設備可用于監(jiān)測各種人體運動。





圖文導讀

圖1、a) 基于DLP的3D打印過程示意圖。b) 基RGO/ER的3D打印字母“E”和“Q”的照片。c) 基于DLP的3D打印的基于RGO/ER的鉆石形狀的照片。d) 機械變形期間 RGO/ER 復合材料中的導電路徑變化。


圖2、a) 3D打印的純ER的SEM圖像。b) RGO的SEM圖像。c) 3D打印的RGO/ER復合材料的SEM圖像。d) RGO/ER、RGO和ER的拉曼光譜。e) 3D打印ER、RGO/ER和 MWCNT/ER復合材料的應力-應變曲線。f) 不同寬度的RGO/ER復合材料在厚度 (1 mm) 處的電流-電壓曲線。


圖3、RGO/ER復合材料的機電性能

圖4、a)RGO/ER復合材料在不同應變下的總阻抗(Z)-頻率曲線。b)不同應變下RGO/ER復合材料的相位角(θ)-頻率曲線。c) RGO/ER 復合材料在各種應變下的奈奎斯特曲線。d) 3D打印的RGO/ER復合材料對不同應變的阻抗的簡化等效電路圖。e) RGO/ER復合材料在不同應變下的電容元件。f) RGO/ER復合材料在不同應變下的電阻元件。


圖5、3D打印菱形設計的RGO/E復合材料的靈敏度調制

圖6、a) 基于 RGO/ER 的全 3D 打印柔性應變傳感器的照片。b) 用于發(fā)音測試的應變傳感器的電響應。c) 設備對手腕彎曲的電響應。d) 手背彎曲下傳感器的電響應。

小結

綜上所述,開發(fā)了一種基于DLP打印的RGO/ER 復合材料的柔性應變傳感器。該器件以RGO/ER為傳感元件,以菱形結構的RGO/ER為電極。RGO/ER 傳感元件在 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(huán)的良好穩(wěn)定性,而 RGO/ER 復合電極的電響應受菱形結構的調節(jié),優(yōu)化靈敏度約為0.815。進一步的研究表明,全3D打印設備展示了其在人體運動檢測方面的潛力。





文獻:



https://doi.org/10.1002/adem.202101068


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