多孔结构

Abstract(#br)Special wettability of biological surfaces usually depends on the unique micro-structures and surface chemistry natures. However, current preparation methods often involve complex processing steps or expensive moulds and have the limited ability to simulate these ordered and elaborate micro-structures. Herein, we report a facile and mould-free approach to fabricate special wetting surfaces by patterning an ordered porous structure with various geometric parameters via one-step 3D printing of Polydimethylsiloxane (PDMS) ink.

摘要\n绿色能量收集器Triboelectric nano Generator ( TENG )可以从人体运动中收获机械能到电能，用于可穿戴电子和传感器网络。多孔材料在提高TENG电性能方面发挥了重要作用，本文采用偶氮二异丁腈( AIBN )作为自反应剂对聚二甲基硅氧烷( PDMS )进行改性，通过PDMS预固化与AIBN分解温度的差异，形成自组装的多孔结构( PDMS-N10薄膜)。与未修饰的PDMS相比，基于PDMS-N10的TENG的输出电压和电流分别提高了2.5倍和2.7倍。此外，116个发光二极管可以被点亮，22个µF电容被充电。TENG还被用作传感器或触发器，用于感知肘部、膝盖、腕部或手指的运动，由于其灵活性、耐久性和低成本，可应用于可穿戴设备。

本研究旨在提高电容压力传感器组成中采用多孔结构和锥形图案的传感器的灵敏度。本研究介绍了一种利用含聚二甲基硅氧烷( PDMS )的乳液和牺牲溶剂微波辐照制备多孔结构和锥形图案的简便快速的制备方法。通过这种方法，可以在几分钟内简单地制备出多孔PDMS介电层。在外压作用下，提高变形能力和提高介电常数，显著提高了灵敏度。研究了模式距离对传感器灵敏度的影响，当模式距离为600  μm时，传感器灵敏度可达5   kPa-1。此外，还通过有限元分析研究了长径比和纹样尖锐度的影响。最后，我们展示了使用传感器阵列和手指附着传感器的传感器的性能，它们显示出足够的性能，可用于适用于人造皮肤、手术机器人和压力监测系统等可穿戴设备。

本研究旨在提高电容式压力传感器组成中采用多孔结构和锥形图案的传感器的灵敏度。本研究介绍了一种利用含有聚二甲基硅氧烷( PDMS )的乳液和牺牲溶剂的微波辐照制备多孔结构和锥形图案的简单快速的制备方法。通过这种方法，可以在几分钟内简单地制备出多孔PDMS介质层。在外压作用下，通过提高变形能力和提高介电常数，提高了灵敏度。研究了模式距离的影响，模式距离为600   μ m的传感器的灵敏度约为5   kPa - 1。此外，还通过有限元分析研究了长径比和花纹尖锐度的影响。最后，我们利用传感器阵列和手指附着的传感器对传感器的性能进行了验证，并将其应用于可穿戴设备，如人工皮肤、手术机器人和压力监测系统等。

提升生活质量的医疗器械经历了需求逐渐增加的过程。各种研究小组尝试将皮肤等软材料纳入可穿戴设备。通过在聚二甲基硅氧烷( PDMS )上形成多孔结构，开发了一种具有高弹性的可拉伸基底，并提出了一种利用不同黏度( 400、800、2100和3000 cP )的高压蒸汽对未固化PDMS溶液进行加工的工艺。所提出的方法简化了多孔结构的制造，与其他技术相比具有性价比。形成了各种粘度的多孔结构，并对其电学和力学性能进行了评价。与其他粘度形成的PDMS相比，多孔PDMS ( 3000cP )形成了类似海绵的三维多孔结构。通过最大应变测试，多孔PDMS ( 3000 cP )的延伸率提高了30 %，相对电阻变化小于1000倍。在30 %应变的1500次重复循环试验中，相对电阻使初始电阻( R0 )增加了约10倍。因此，基于软材料的贴片式可穿戴设备可以为机器人应用和连续健康监测提供与人体皮肤连接的创新平台。

提升生活质量的医疗器械经历了需求逐渐增加的过程。各种研究小组尝试将皮肤等软材料纳入可穿戴设备。通过在聚二甲基硅氧烷( PDMS )上形成多孔结构，开发了一种具有高弹性的可拉伸基底，并提出了一种利用不同黏度( 400、800、2100和3000 cP )的高压蒸汽对未固化PDMS溶液进行加工的工艺。所提出的方法简化了多孔结构的制造，与其他技术相比具有性价比。形成了各种粘度的多孔结构，并对其电学和力学性能进行了评价。与其他粘度形成的PDMS相比，多孔PDMS ( 3000cP )形成了类似海绵的三维多孔结构。通过最大应变测试，多孔PDMS ( 3000 cP )的延伸率提高了30 %，相对电阻变化小于1000倍。在30 %应变的1500次重复循环试验中，相对电阻使初始电阻( R0 )增加了约10倍。因此，基于软材料的贴片式可穿戴设备可以为机器人应用和连续健康监测提供与人体皮肤连接的创新平台。

随着可穿戴智能电子技术的快速发展，迫切需要高性能的柔性应变传感器。设计并制备了一种碳纳米管( CNTs )和石墨烯( GR )双填充柔性多孔聚二甲基硅氧烷( CNT-GR / PDMS )纳米复合材料，用于应变传感应用。利用索氏抽提技术成功构建了典型的微孔结构，连接的CNTs和GR在多孔骨架中构建了完善的三维导电网络。因此，基于多孔结构和典型的协同导电网络，CNT-GR / PDMS基应变传感器的拉伸性能和灵敏度得到了很好的调控。基于位于细胞骨架外层和内层的脆性协同导电网络的破坏作用以及不同应变范围内相邻细胞间的接触效应，制备的CNTs-GR / PDMS应变传感器在0 ~ 3、3 ~ 57、57 ~ 90、90 ~ 120 %应变区域的规整因子分别为182.5、45.6、70.2、186.5。此外，该材料还具有超低的检测限( 0.5 %应变)、快速的响应时间( 60 ms )、良好的稳定性和耐久性( 1万次循环)以及与频率/应变相关的传感性能，使其对各种外部环境的检测具有活性。最后，将制备好的多孔CNTs-GR / PDMS基应变传感器附着在皮肤上，检测人体的各种运动，如腕部弯曲、手指弯曲、肘部弯曲、膝关节弯曲等，在智能可穿戴设备中展现出广阔的应用前景。