Благодаря глубокой интеграции и развитию технологий искусственного интеллекта и Интернета вещей (IoT) гибкие и растягиваемые датчики деформации привлекли широкое внимание благодаря их потенциальному применению в обнаружении движения человека, медицинской диагностике, взаимодействии человека с компьютером и электронной коже. Тензодатчики работают путем преобразования механических воздействий в электрические сигналы,-такие как сопротивление или емкость-с помощью различных сенсорных механизмов. Среди них резистивные тензорезисторы стали горячей точкой исследований из-за их высокой чувствительности, низкой стоимости, простой конструкции и легкости считывания показаний.
В настоящее время одна из распространенных стратегий изготовления высокоэффективных-гибких тензодатчиков предполагает введение тонких микроструктур-таких как микропирамиды, складки и микроколонны-на поверхность эластичной подложки для достижения более высокой чувствительности и более низких пределов обнаружения. Однако традиционные методы изготовления микроструктур,-такие как формование, фотолитография и самостоятельная-сборка-часто включают в себя громоздкие,-отнимающие много времени и дорогостоящие процессы, что ограничивает быстрое изготовление и-широкомасштабное применение датчиков. Напротив, технология лазерной обработки предлагает новый подход к производству гибких электронных устройств благодаря своим преимуществам: высокая скорость, высокая эффективность, работа без масок, низкая стоимость и высокая гибкость. Тем не менее, полагаться исключительно на стратегии лазерной обработки для создания тензодатчиков, которые одновременно обладают высокой чувствительностью, высокой растяжимостью, высокой линейностью, быстрым откликом, низким гистерезисом и долгосрочной-стабильностью, остается серьезной проблемой. Как добиться синергетической оптимизации этих свойств в простых и недорогих условиях производства, остается основной задачей текущих исследований.
Команда под руководством Се Сяочжу из Школы машиностроения и электротехники Гуандунского технологического университета предложила простой, экономичный-эффективный и эффективный метод разработки тензодатчика с высокой чувствительностью, способностью к растяжению и хорошей стабильностью. Объединив технологию прямой лазерной записи с 3D-печатью, они успешно изготовили гибкий тензодатчик P-PDMS.
В ходе этого исследования была разработана недорогая-затратная и масштабируемая производственная стратегия, которая сочетает в себе технологию прямой лазерной записи и 3D-печати для изготовления различных гибких тензодатчиков PDMS (P-PDMS) с рисунком. Мы оптимизировали производственные параметры, такие как лазерная обработка и 3D-печать, чтобы подготовить датчики с высочайшей чувствительностью в широком диапазоне деформаций. При параметрах процесса: частота сканирования 100 кГц, энергия импульса 1,46 мкДж, скорость сканирования 5 мм/с и скорость печати 2,5 мм/с, подготовленный датчик с композитной микроструктурой демонстрирует высокую линейную чувствительность. Примечательно, что чувствительность гибкого тензодатчика с композитной микроструктурой (PCM) на 159% выше, чем у датчика с узорчатой одиночной микроструктурой (PSLM), и на 339% выше, чем у датчика без рисунка. Что касается динамического отклика, время отклика датчика составляет 140 мс (по сравнению с 362 мс для бесструктурного датчика и 244 мс для датчика с одинарной микроструктурой), с низким коэффициентом гистерезиса всего 0,023 и превосходной стабильностью цикла. Кроме того, он демонстрирует стабильную температурную чувствительность и сверх-низкий предел обнаружения 0,0125 %. Таким образом, наши тензодатчики можно использовать для обнаружения различных движений человека, включая движения пальцев, запястий, коленей и локтей. Метод прямой лазерной записи также обладает преимуществами простоты, эффективности и низкой стоимости и показывает большой потенциал в области носимых электронных устройств.
