3D-可打印碳纳米管基柔性压阻传感器复合材料

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:34
文章英文标题
3D-Printable Carbon Nanotubes-Based Composite for Flexible Piezoresistive Sensors
正文
纳米科学与添加剂制造技术的交叉,催生了印刷电子和柔性电子的新领域。这一有趣的研究领域解决了新型材料和制造技术向更广泛和改进设计的柔性电子器件发展的挑战。本工作介绍了利用3D打印碳纳米管基纳米复合材料制备一种低成本、简易的柔性压阻式压力传感器。用于材料开发的碳纳米管是分散在聚二甲基硅氧烷( PDMS )预聚体中的多壁碳纳米管( MWCNT )。传感器采用直接油墨写入( DIW )技术(又称robocast )制作。将MWCNT - PDMS复合材料直接印制在聚二甲基硅氧烷基片上。然后根据传感器对负载的电阻变化来检测传感器的响应。该传感器在较宽的压力范围内(最高可达1132 k Pa )表现出较高的灵敏度( 6.3 Ω / k Pa ),前期工作对MWCNT- PDMS复合材料的最高观测测量范围为40 k Pa。所制备的MWCNT- PDMS复合材料也被印制成高分辨率的三维形状,即使经过热处理仍然保持其形态。3D打印在柔性传感器制造中的可能性使得设计自由灵活,结构复杂,在运动、汽车和生物医学等领域的可穿戴或植入式电子中得到广泛应用。
文章内容(英文)
The intersection between nanoscience and additive manufacturing technology has resulted in a new field of printable and flexible electronics. This interesting area of research tackles the challenges in the development of novel materials and fabrication techniques towards a wider range and improved design of flexible electronic devices. This work presents the fabrication of a cost-effective and facile flexible piezoresistive pressure sensor using a 3D-printable carbon nanotube-based nanocomposite. The carbon nanotubes used for the development of the material are multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) dispersed in polydimethylsiloxane (PDMS) prepolymer. The sensor was fabricated using the direct ink writing (DIW) technique (also referred to as robocasting). The MWCNT-PDMS composite was directly printed onto the polydimethylsiloxane substrate. The sensor response was then examined based on the resistance change to the applied load. The sensor exhibited high sensitivity (6.3 Ω/kPa) over a wide range of applied pressure (up to 1132 kPa); the highest observed measurement range for MWCNT-PDMS composite in previous work was 40 kPa. The formulated MWCNT-PDMS composite was also printed into high-resolution 3-dimensional shapes which maintained their form even after heat treatment process. The possibility to use 3D printing in the fabrication of flexible sensors allows design freedom and flexibility, and structural complexity with wide applications in wearable or implantable electronics for sport, automotive and biomedical fields.
来源出处
Journal|[J]MaterialsVolume 13, Issue 23. 2020. PP 5482-5482
DOI
https://doi.org/10.3390/ma13235482

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