Med den djupa integrationen och utvecklingen av artificiell intelligens och Internet of Things (IoT)-tekniker har flexibla och töjbara töjningssensorer fått stor uppmärksamhet på grund av deras potentiella tillämpningar inom mänsklig rörelsedetektion, medicinsk diagnostik, mänsklig-datorinteraktion och elektronisk hud. Töjningssensorer fungerar genom att omvandla mekaniska stimuli till elektriska signaler-som motstånd eller kapacitans-genom olika avkänningsmekanismer. Bland dessa har resistiva töjningsmätare blivit en forskningshotspot på grund av deras höga känslighet, låga kostnad, enkla struktur och lätta att läsa.
För närvarande innebär en av de vanligaste strategierna för att tillverka högpresterande flexibla töjningssensorer att introducera fina mikrostrukturer-såsom mikropyramider, veck och mikrokolumner-på ytan av det elastiska substratet för att uppnå högre känslighet och lägre detektionsgränser. Traditionella metoder för tillverkning av mikrostrukturer-som formning, fotolitografi och själv-sammansättning- involverar ofta besvärliga, tidskrävande-och kostsamma processer, vilket begränsar den snabba tillverkningen och stor-tillämpningen av sensorer. Däremot erbjuder laserbehandlingsteknik en ny metod för tillverkning av flexibla elektroniska enheter på grund av dess fördelar med hög hastighet, hög effektivitet, maskfri drift, låg kostnad och hög flexibilitet. Att enbart förlita sig på laserbearbetningsstrategier för att uppnå töjningssensorer som samtidigt har hög känslighet, hög töjbarhet, hög linjäritet, snabb respons, låg hysteres och{12}}långtidsstabilitet är fortfarande en betydande utmaning. Hur man uppnår synergistisk optimering av dessa egenskaper under enkla,{14}}lågkostnadsförhållanden är fortfarande en kärnutmaning i aktuell forskning.
Teamet som leds av Xie Xiaozhu från School of Mechanical and Electrical Engineering vid Guangdong University of Technology har föreslagit en enkel, kostnadseffektiv och effektiv metod för att utveckla en töjningssensor med hög känslighet, töjbarhet och god stabilitet. Genom att kombinera laserdirektskrivteknik med 3D-utskrift tillverkade de framgångsrikt en P-PDMS flexibel töjningssensor.
Den här studien utvecklade en låg-kostnad och skalbar tillverkningsstrategi som kombinerar direktskrivning med laser och 3D-utskriftsteknik för att förbereda en mängd olika mönstrade PDMS (P-PDMS) flexibla töjningssensorer. Vi optimerade tillverkningsparametrar som laserbearbetning och 3D-utskrift för att förbereda sensorer med högsta känslighet över ett brett töjningsintervall. Under processparametrarna avsökningsfrekvens 100kHz, pulsenergi 1,46μJ, skanningshastighet 5mm/s och utskriftshastighet 2,5mm/s, uppvisar den förberedda sensorn med sammansatt mikrostruktur mycket linjär känslighet. Anmärkningsvärt är att känsligheten för den flexibla töjningssensorn för kompositmikrostruktur (PCM) är 159 % högre än den för den mönstrade enkelmikrostruktursensorn (PSLM) och 339 % högre än den för den omönstrade sensorn. När det gäller dynamiskt svar har sensorn en svarstid på 140ms (jämfört med 362ms för den mönsterlösa sensorn och 244ms för den enda mikrostruktursensorn), med en hystereskoefficient så låg som 0,023 och utmärkt cykelstabilitet. Dessutom uppvisar den stabil temperaturrespons och en ultra-låg detektionsgräns på 0,0125 %. Därför kan våra töjningssensorer användas för att upptäcka en mängd olika mänskliga rörelser, inklusive rörelser av fingrar, handleder, knän och armbågar. Laserdirektskrivmetoden har också fördelarna med enkelhet, effektivitet och låg kostnad, och visar stor potential inom området bärbara elektroniska enheter.
