制備超高可拉伸性傳感器的噴印制造新方法
瀏覽次數(shù)： 342 發(fā)布時(shí)間：2017-10-25 09:44:12 發(fā)布人：editor
可拉伸傳感器的實(shí)現(xiàn)通常是利用可拉伸材料如納米材料，橡膠狀材料，液態(tài)金屬等導(dǎo)電流體或者借助可拉伸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)如蜿蜒結(jié)構(gòu)，自相似結(jié)構(gòu)等。但是，這些可拉伸傳感器通常是基于光刻或旋涂工藝制備的，其制作工藝較為復(fù)雜，成本較高，不適用于大批量低成本的生產(chǎn)。與此同時(shí)，很多可拉伸傳感器存在一定的局限性，如需要外加電壓輔助才能工作，傳感器單元本身不能拉伸，拉伸能力有限(通常小于100%)等。因此，迫切需要一種低成本的制造工藝，制備出高性能的、高可拉伸性柔性傳感器。
納米領(lǐng)域權(quán)威期刊Nano·Energy于近日刊發(fā)了華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院柔性電子制造團(tuán)隊(duì)關(guān)于電流體噴印制造的最新研究成果《基于電流體噴印自相似微納纖維的超延展性自功率傳感器》(Hyper-stretchable self-powered sensors based on electrohydrodynamically printed，self-similar piezoelectric nano/microfibers)。黃永安教授為論文第一作者，段永青博士后和尹周平教授為論文通訊作者。
該文章提出了一種利用自相似壓電微納米纖維制備出超高可拉伸性的自供電傳感器的新方法。這種傳感器可以實(shí)現(xiàn)超高的可拉伸性(300%)，超低的探測(cè)極限(小于1mg)，和極佳的穩(wěn)定性(在150%的拉伸應(yīng)變下工作大于1400次)。其制備方案核心是利用其課題組提出的螺旋電流體噴印技術(shù)(HE-Printing)結(jié)合可控自組裝屈曲過程制備出自相似結(jié)構(gòu)的微納米PVDF纖維。
這種自相似結(jié)構(gòu)的壓電纖維為傳感器提供了遠(yuǎn)超同類的超強(qiáng)的可拉伸性能，同時(shí)避免了膜基結(jié)構(gòu)的面外變形，為傳感器提供了穩(wěn)定而持續(xù)的信號(hào)輸出和極低的探測(cè)極限。于此同時(shí)，這種傳感器可以同時(shí)測(cè)量自身拉伸狀態(tài)和多種外加載荷信息如加載幅值，頻率并在不同拉伸情況下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。這種傳感器甚至可以在一定距離外探測(cè)人體運(yùn)動(dòng)如呼吸和走路。該項(xiàng)研究對(duì)超高可拉伸傳感技術(shù)的科學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有重要價(jià)值。
該研究工作相關(guān)后續(xù)研究成果被Nano scale、Soft Matter、Polymers、Scientific Reports、Journal of Micro mechanics and Micro engineering等期刊錄用發(fā)表。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、重大研究計(jì)劃集成項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、華中科技大學(xué)學(xué)術(shù)前沿青年團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目支持。光電國家實(shí)驗(yàn)室周軍團(tuán)隊(duì)、化學(xué)與化工學(xué)院王帥團(tuán)隊(duì)和光電信息學(xué)院羅為團(tuán)隊(duì)在功能材料和器件表征方面給予研究大力支持。
論文鏈接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517304627?via%3Dihub