三维打印的纳米复合材料具有可调节的压电阻响应

科学领域:

• 材料科学与工程 材料科学与工程
• 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
• 传感器技术 传感器技术

背景情况:

• 应变传感器对于监测各种应用中的变形至关重要.
• 开发具有量身定制的传感性能的先进材料是一个正在进行的研究领域.
• 3D打印提供了一个多功能平台,用于制造定制的传感器几何形状和功能.

研究的目的:

• 为了研究打印参数对碳纳米管填充的烯二烯 styrene (ABS) 复合材料的压力阻抗行为的影响.
• 描述3D打印应变传感器的形态和电气特性.
• 开发一种3D打印传感器,能够测量机器人应用的二维变形.

主要方法:

• 化丝制造 (FFF) 用于打印不同度的碳纳米管 (CNT) 的狗骨形ABS样品.
• 在FFF过程中采用了两个光角 (0°和90°).
• 扫描电子显微镜 (SEM),原子力显微镜 (AFM) 在TUNA模式下,并进行拉伸测试进行材料表征和性能评估.
• 进行了爬行,疲劳和二维变形测试,以评估传感器的耐用性和功能.

主要成果:

• 用尺度因子 (G.F.) 量化出的皮埃索里斯提敏度,随着两种线角度的CNT填充物含量增加而下降.
• 在相同的填充剂度下,90°的光角始终产生更高的灵敏度,而不是0°的光角.
• 爬行和疲劳测试显示了永久性损伤,其余电阻表明了这种损伤.
• 一种新的十字形传感器设计通过监测其臂的阻力变化,成功地测量了同时发生的二维变形.

结论:

• 打印条件,特别是拉斯特角度,显著影响CNT填充的ABS应变传感器的压力阻抗性能.
• 90°的格方向为应变传感应用提供了增强的灵敏度.
• 开发的3D打印传感器展示了机器人和其他领域复杂变形的实时监测潜力.
• 进一步的研究可以优化CNT分散和打印策略,以提高传感器性能和耐用性.