中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所：利用投影式光固化3D打印技術(shù)制造聚氨酯彈性體傳感器

來源：EngineeringForLife

現(xiàn)階段，先進(jìn)的電子傳感器常具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這對用于制造電子傳感器的相關(guān)材料性能和成形工藝提出了更高的要求。近期，來自中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所的Jiatao Miao教授團(tuán)隊(duì)通過合成三種聚氨酯丙烯酸酯齊聚物制備了適用于投影式光固化3D打印的低粘度光固化樹脂，該材料具有良好的力學(xué)性能和形狀恢復(fù)能力。此外，研究人員通過將離子水凝膠涂覆在3D打印結(jié)構(gòu)的表面來制備可伸縮傳感器。相關(guān)研究“3D Printing Mechanically Robust and Transparent Polyurethane Elastomersfor Stretchable Electronic Sensors”發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces雜志上。

首先，研究人員使用了一種聚酯多元醇(PCL)合成了三種聚氨酯丙烯酸酯齊聚物(PPPGA、PPTMGA和PPCLA)，并對合成的齊聚物進(jìn)行了打印實(shí)驗(yàn)（圖1）。

圖1 制備的聚氨酯丙烯酸酯齊聚物打印效果展示

其次，研究人員對聚氨酯丙烯酸酯齊聚物的力學(xué)性能進(jìn)行了測試（圖2）。經(jīng)對比PPTMGA-40、PPCLA-40和PPPGA-40三種材料可知PPTMGA-40的力學(xué)性能最好。

圖2 三種材料的機(jī)械性能

最后，研究人員通過在打印出的PPTMGA-40彈性體支架上進(jìn)行導(dǎo)電水凝膠的涂覆成功制作了水凝膠彈性體可拉伸傳感器（圖3），使其能夠?qū)崿F(xiàn)電路電源開關(guān)的控制，并通過控制施加在水凝膠彈性體上的壓力來改變電路中燈泡的明暗。

圖3 水凝膠彈性體可拉伸傳感器

綜上所述，該研究利用合成的三種聚氨酯丙烯酸酯齊聚物制備了適用于投影式光固化打印機(jī)的低粘度樹脂，并對其力學(xué)及打印性能進(jìn)行了測試，綜合比較得出其中的PPTMGA-40具有較高的透明性和最好的綜合力學(xué)性能，最后將PPTMGA-40結(jié)合可拉伸導(dǎo)電水凝膠，成功地制備了可伸縮傳感器。該研究中所制備的高強(qiáng)度的可伸縮傳感器大大增強(qiáng)了可穿戴傳感器在人機(jī)反饋中的適用性。


論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b20631