评估屈曲周期弹性材料作为光学力传感器的力学和光学性能

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:38
文章英文标题
Assessment of the mechanical and optical properties of buckling periodic elastic materials as optical force sensors
正文
在本工作中,我们报告了由方形阵列孔构成的屈曲系统的制作和表征,该系统可以改变其结构形式和光学响应随外力的变化。其中,聚二甲基硅氧烷( PDMS )辅助结构是通过3D打印模具和浇铸/剥离步骤制备的。从力学的角度来看,这种结构在23 N标称力上方呈现出截然不同的相互正交椭圆的交替模式,这清楚地表明了这种结构的辅助行为。这一特性被用来制造一个可逆和敏感的光学力传感器,它利用施加力时光强或其光学旋转( θ )的变化。事实上,已经证明,力的施加会引起辅助系统折射率的变化,这种变化与应力的存在有关。对于结构实现了约Δ ( Δθ ) ΔF = 0.033rad / N的灵敏度,在23 ~ 28  N范围内已经确定。最后,本文的研究表明,利用屈曲周期弹性材料的特殊特性,可以实现一种敏感可逆的光学力传感器。
文章内容(英文)
In this work, we report on the fabrication and characterization of a buckling system constituted by square array holes able to modify its structural configuration and its optical response as a function of the applied force. Herein, polydimethylsiloxane (PDMS) auxetic structures are fabricated by means of 3D printing mold and casting/peeling off steps. From a mechanical point of view, it has been demonstrated that the structure presents a transformation to a strikingly different pattern of alternating mutually orthogonal ellipses above a nominal force of 23 N, a clear signature of the auxetic structures behavior. This feature has been exploited to create a reversible and sensitive optical force sensor, that makes use of the variation on the light intensity or its optical rotation (θ) upon application of a force. In fact, it has been demonstrated that the application of the force induces a variation of the refractive index of the auxetic system, associated to the presence of stress. For the structure realized a sensitivity of about Δ ( Δ θ ) Δ F = 0.033 rad/N in the range between 23 N and 28 N has been determined. Finally, the presented study suggests that it is possible to realize a sensitive and reversible optical force sensor taking advantages of the peculiar features of buckling periodic elastic materials.
来源出处
Journal|[J]Optical MaterialsVolume 110, 2020.
DOI
https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110507

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