制備超高可拉伸性傳感器的噴印制造新方法
瀏覽次數： 342 發布時間：2017-10-25 09:44:12 發布人：editor
可拉伸傳感器的實現通常是利用可拉伸材料如納米材料，橡膠狀材料，液態金屬等導電流體或者借助可拉伸結構的設計如蜿蜒結構，自相似結構等。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，其制作工藝較為復雜，成本較高，不適用于大批量低成本的生產。與此同時，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。
納米領域權威期刊Nano·Energy于近日刊發了華中科技大學機械學院柔性電子制造團隊關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。這種傳感器可以實現超高的可拉伸性(300%)，超低的探測極限(小于1mg)，和極佳的穩定性(在150%的拉伸應變下工作大于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(HE-Printing)結合可控自組裝屈曲過程制備出自相似結構的微納米PVDF纖維。
這種自相似結構的壓電纖維為傳感器提供了遠超同類的超強的可拉伸性能，同時避免了膜基結構的面外變形，為傳感器提供了穩定而持續的信號輸出和極低的探測極限。于此同時，這種傳感器可以同時測量自身拉伸狀態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定的工作狀態。這種傳感器甚至可以在一定距離外探測人體運動如呼吸和走路。該項研究對超高可拉伸傳感技術的科學設計和應用具有重要價值。
該研究工作相關后續研究成果被Nano scale、Soft Matter、Polymers、Scientific Reports、Journal of Micro mechanics and Micro engineering等期刊錄用發表。
該工作得到了國家自然科學基金重點項目、重大研究計劃集成項目、國家重點研發計劃、華中科技大學學術前沿青年團隊項目支持。光電國家實驗室周軍團隊、化學與化工學院王帥團隊和光電信息學院羅為團隊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