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详解在可延伸触觉传感器中的应用

2020-07-30| 发布者: www.d83w.com | 查看: 616|原作者: 东部三维网

摘要:最近,明尼苏达大学的MichaelC.McAlpine教授在Adv上发表了他的最新研究报告“3D打印可拉伸触觉传感器”。母校据报道,研究人员使用一种多材料,多尺度和多功能的3D打印方法在自由表面上生

最近,明尼苏达大学的Michael C. McAlpine教授在Adv上发表了他的最新研究报告“ 3D打印可拉伸触觉传感器”。母校据报道,研究人员使用一种多材料,多尺度和多功能的3D打印方法在自由表面上生产3D触觉传感器。个性化的触摸传感器具有检测和区分人类运动状况的能力,包括脉搏监测和手指运动。使用个性化3D打印技术生产功能性材料和设备,可以最佳地调节可穿戴电子系统中各种传感器的生物相容性,从而为仿生皮肤应用开辟了新途径。接下来,小编将解释它们的原理和应用。

图1触觉传感器的设计原理和3D打印过程图

(a)触觉传感器的组成示意图:基础层,顶部和底部电极,隔离层,传感器层和支撑层;

(b)触摸传感器的侧视图;

(c)触摸传感器的俯视图;

(d)在玻璃基板上进行触觉传感器的3D打印过程,包括8个步骤:

步骤I:印刷面积为16 mm 2的方形硅氧烷基层;

步骤II:使用75 wt%的银/硅酮墨水在基板层上印刷9平方毫米的方形底部电极层;

步骤III:使用68 wt%的银/硅墨水在电极层上印刷半径为350μm,高度为1 mm,壁厚为150μm的圆柱壁作为传感器层;

步骤IV:使用有机硅油墨印刷9平方毫米的阻隔层;

步骤V:使用40 wt%的Pluronic墨水印刷厚度为0.8 mm的9 mm2正方形支撑层;

步骤VI:使用75 wt%的银/硅酮墨水印刷4mm2的方形顶部电极层;

步骤VII:将传感器浸泡3小时以去除支撑层;

步骤VIII:干燥传感器。

(a-b)SEM图像显示了银颗粒在68 wt%和75 wt%的银/有机硅油墨中的分布,比例为5μm;

(c)不同Ag含量的固化油墨的拉伸曲线;

(d)不同银含量的固化油墨的压缩曲线;

(e)三种墨水的施加压力与其电阻之间的关系,其中68%(重量)的Ag样品是圆柱体(直径1mm,高度1mm),而70%(wt)的样品Ag的80%和80wt%是细丝。形状(长15mm,直径0.2mm);

(f)在三种不同的循环压力下,68 wt%的银/硅油墨感测层的相对电流变化。

(a)SEM图像,3D打印的触觉传感器层的俯视图;

(b-c)3D打印侧视图和200μm比例的触摸传感器的俯视图;

(d)触觉传感器在不同压力下的电流-电压特性曲线;

(e)在输入频率为0.125 Hz时对应于200 kPa动压的响应频率;

(f)200 kPa压力下的不同输入频率和电流曲线;

(g)不同墨水材料和触觉传感器设备的平均压缩系数;

(h)在初始压力为500 kPa时施加恒定应变时的触觉传感器电流变化;

(i)当频率为0.25 Hz且压力为100 kPa时,执行100个循环,并且触摸传感器装置的电流改变。

(a)位于the动脉上方以测量radial脉信号的触觉传感器的照片;

(b)在久坐条件下测得的脉冲信号;

(c)在上下楼层运行5分钟后测得的脉冲信号;

(d-e)压弯时动态载荷和周期数对电流信号变化的影响;

(f)3D打印触摸传感器位于人的指尖,刻度为4毫米;

(g)用手指按下触摸传感器时,其电流信号改变;

(h)带有2 mm直尺的触觉传感器(面积为1 cm2)上的三角形玻璃物体的俯视图;

(i)当将质量为50 g的物体放在三角玻璃(0.096 g)上时压力分布的信号映射。

微触觉传感器是用不同银含量的3D银/有机硅油墨印刷的,经实验证实,可以准确地检测出与压力,压力等的变化相对应的传感器变化,并且进一步经人体实验证实。该传感器对机械信号非常敏感,可以准确检测人体运动。这项研究的发表为个性化3D打印传感器开辟了新途径。



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