3D-printed highly stable flexible strain sensor based on silver-coated-glass fiber-filled conductive silicon rubber

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 12:45
文章英文标题
3D-printed highly stable flexible strain sensor based on silver-coated-glass fiber-filled conductive silicon rubber
正文
柔性传感器在可穿戴电子、软机器人和人机交互设备中具有巨大的吸引力。本工作将银涂层玻璃纤维( AGF )和碳纤维( CF )填充的导电硅橡胶( CSR )嵌入到聚二甲基硅氧烷( PDMS )基体中,在3D打印( 3DP )过程中制备柔性应变传感器( FSS )。研究发现,CF和增塑剂的加入协同形成了支撑结构,保证了CSR在3DP过程中容易挤出。印刷型FSS在不同应变速率下的规整因子( GF )为8 ~ 10,不同应变循环载荷下的电阻恢复过程一致,在600次应变释放循环中具有单调峰值的稳定耐久性能。此外,通过快速傅里叶变换( FFT )分析,可以区分1 / 12   Hz和1 / 36   Hz频率的叠加载荷。观察了AGFs在伸展CSR中的迁移演化,进一步探讨和解释了FSS的电阻响应机制和高GF,印刷FSS能够监测各种关节的运动,进一步区分叠加的人体运动,显示了其在软机器人和可穿戴电子领域潜在的实际应用。
文章内容(英文)
Flexible sensors have been tremendously attractive in wearable electronics, soft robots and human-machine interaction devices. In this work, conductive silicon rubber (CSR) filled with silver-coated-glass fiber (AGF) and carbon fiber (CF) was embedded into polydimethylsiloxane (PDMS) matrix to fabricate a flexible strain sensor (FSS) in a 3D-printing (3DP) process. It was found that the addition of CF and plasticizer synergistically formed a support-structure which guaranteed the CSR to be extruded out easily in the 3DP process. The printed FSS demonstrated its highly stable properties with a gauge factor (GF) of 8–10 at different strain rate, the coincident resistance recovery process in cyclic load of different strain, as well as the stable durability with monotonous peak in 600 strain-release cycles. Furthermore, it was able to distinguish a superimposed load at frequencies of 1/12 Hz and 1/36 Hz with aids of Fast Fourier Transformation (FFT) analysis. Migrating evolution of AGFs in a stretched CSR was observed to further explore and paraphrase the mechanism of resistance response and the high GF of the FSS. The printed FSS was capable to monitor the movement of various joints and further distinguish a superimposed human motion, showing its potentially practical application in soft robots and wearable electronics.
来源出处
Journal|[J]Materials & DesignVolume 193, 2020.
DOI
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108788

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