柔性传感器因其优异的拉伸性能、导电性和贴合性,被广泛应用于健康诊断、运动监测和人机交互等领域。
然而,由于软材料固有的粘弹性,柔性传感器在动态加载过程中无法快速恢复其原始形状,导致柔性传感器信号存在较大的滞后,严重影响了柔性传感器的监测精度。如何快速准确地制造低滞后的柔性传感器仍然是一个挑战。
在《化学工程杂志》上发表的一项研究中,由中科院福建物质结构研究所(FJIRSM)的吴立新教授领导的研究小组,利用光固化3D打印离子凝胶,开发了一种高回弹、低滞后、多功能多孔柔性传感器。
基于富含氢键的丙烯酸酯单体和离子液体,研究人员制备了一种聚合速度快的光敏树脂,用于多孔离子凝胶柔性传感器(PIF)的数字光处理(DLP)打印,并在PIF中引入了可变形的Alan Schoen I包装(IWP)晶格,以提高柔性传感器的弹性。
实验结果表明,经过500次应变为70%的循环压缩后,晶格结构PIF的残余应变几乎为0,磁滞回线几乎重叠,表明PIF具有良好的回弹性和抗疲劳性。高弹性和耐久性使PIF具有低滞后(2.4%),在长期循环荷载期间提供可靠的传感信号。晶格结构的引入也使PIF具有更高的压力敏感性(0.45 kPa-1)。
研究人员还利用3D打印技术的自由设计结构,设计和打印具有定制结构的PIF,用于监测脉搏、手指、步态和手腕运动。
此外,PIFS具有较低的玻璃化转变温度(-45.8℃),可以在低温环境中稳定工作。它还具有抗菌特性和对温度变化的快速响应,可以监测温度变化,证明PIFS是一种多功能的柔性传感器。
本研究通过使用3D打印技术设计传感器中的晶格结构来解决柔性传感器的迟滞问题。