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【行业资讯】福建物构所光固化3D打印制备柔性传感器研究获新进展

柔性传感器由于其优异的拉伸性能、导电性和贴合性,广泛应用于健康诊断、运动监测和人机交互等领域。但是,由于软材料固有的粘弹性,使得柔性传感器在动态加载过程中无法快速恢复到初始的形状,导致柔性传感器的信号产生较大滞后性,严重影响柔性传感器监测的准确性,阻碍其实际的应用。如何快速且高精度地制备具有低迟滞的柔性传感器仍然面临挑战。


在福建省“揭榜挂帅”重大专项和闽都创新实验室自主部署关键技术攻关项目的支持下, 中科院福建物质结构研究所吴立新研究员团队 基于富含氢键的丙烯酸酯单体和离子液体,制备了一种固化速率快的光敏树脂,适用于DLP打印多孔离子凝胶柔性传感器(PIFS),并在PISS中引入易变形的IWP晶格结构,以此来提高柔性传感器的回弹性 。实验结果表明, 晶格结构的PIFS经过500次应变为70%的循环压缩后,其残余应变几乎为0,迟滞回线也几乎重叠,显示出PIFS具有优异的回弹性能和抗疲劳性能。

高弹性和耐久性使得PIFS具有低的迟滞性(2.4%),在长期循环加载期间能提供可靠的传感信号。晶格结构的引入,也使得PIFS具有更高的压力灵敏度(0.45 kPa-1) 。该工作还利用3D打印技术具有结构可自由设计的优势, 设计并打印具有定制化结构的PIFS用来监测脉搏、手指、步态和手腕的运动 。此外,PIFS具有低的玻璃化转变温度(-45.8 ℃),能够在低温的环境下稳定工作。同时,PIFS还具有抗菌的性能和对温度的变化具有较快的响应性,能够监测温度的变化,是一种多功能的柔性传感器。相关工作发表在国际期刊 Chemical Engineering Journal, 2022, 439: 135593, 博士生彭枢强为该论文的第一作者 ,翁子骧高级工程师和吴立新研究员为通讯作者。

图:光固化3D打印高弹性的离子凝胶用于制备低迟滞柔性传感器

近年来,该团队在光固化3D打印树脂研究方面取得了一系列重要进展。包括光固化3D打印制备柔性传感器(Advanced Functional Materials, 2021, 31, 2008729,ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 6479-6488);光固化3D打印智能结构(Chemical Engineering Journal, 2022, 427: 131580);生物基高耐热3D打印树脂(ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2020, 8, 9415-9424);光固化可重构4D打印形状记忆聚合物(ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11, 40642-40651);纳米粒子改性光固化3D打印树脂(Chemical Engineering Journal, 2020, 394, 124873,ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 4917-4926、Composites Part A, 2019, 117, 276-286);以及与许莹课题组联合研发的高强耐高温氰酸酯3D打印树脂(ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 38682-38689)和双固化3D打印树脂体系(Journal of Materials Science, 2019, 54, 5865-5876)。

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