供稿人：陳銳光、連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2021-04-02
利用光固化3D打印制造犧牲模，再用特定材料澆鑄的方法具有模型設(shè)計(jì)自由和澆鑄材料選擇廣泛的優(yōu)勢(shì)，在傳感器領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用潛力。而4-acryloylmorpholine (ACMO)，既可光固化成形，又可遇水分解，是一種制造犧牲模的優(yōu)秀材料。然而，ACMO的單鏈聚合是不穩(wěn)定的，使得已成形的ACMO會(huì)溶解于未固化的液態(tài)ACMO中。因此，在溫和的條件下處理模具并保持精細(xì)結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
中科院功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與組裝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合成了雙官能單體可水解的hydrolyzable hindered urea acrylate (HUA)。HUA可以形成交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)在ACMO中混入HUA，可防止已固化部分在未固化樹(shù)脂中的溶解，顯著提高了打印精度。這種可紫外光固化的樹(shù)脂打印的支架可以在熱水中水解，是犧牲模具制造中一個(gè)有吸引力的選擇。研究者通過(guò)在犧牲模具中澆鑄PU / CNTs復(fù)合材料(圖1)，制備出具有高拉伸性和良好回彈力的多孔柔性應(yīng)變傳感器(PFSS)。
圖1.PFSS的制造原理和其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)樣品
結(jié)果表明，該P(yáng)FSS在低壓縮應(yīng)變下顯示出良好的靈敏度（0.111 kPa-1）。同樣，電阻響應(yīng)信號(hào)在60％機(jī)械負(fù)載的100個(gè)循環(huán)后保持穩(wěn)定，并具有高循環(huán)下的重復(fù)性和穩(wěn)定性。此外，該制造方法能為用戶量身定制，使PFSS佩戴起來(lái)更方便。而且通過(guò)復(fù)雜的多孔結(jié)構(gòu)，可減輕PFSS的重量，并提高其彈性。實(shí)際演示（圖2）表明，該P(yáng)FSS能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的人體動(dòng)作識(shí)別，包括步態(tài)分析，手指動(dòng)作，表明PFSS是可穿戴智能設(shè)備制造領(lǐng)域中具有潛力的材料。
圖2.多孔傳感器在運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的可穿戴設(shè)備的作用演示