用丝纤维增强的可拉伸,超弹性光固化3D打印弹性体用于柔性传感器

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 生物材料工程 生物材料工程
• 聚合物化学 聚合物化学

背景情况:

• 传统的水凝传感器面临由于水分损失和机械性能差的局限性.
• 生物质衍生材料为聚合物矩阵提供了增强的机械性能.
• 光固化技术可以在没有湿度限制的情况下进行制造.

研究的目的:

• 为传感器应用开发一种具有改进的机械和电气性能的新型复合弹性体.
• 为了利用天然丝纤维素和光固化3D打印来制造先进的材料.
• 研究基于丝的弹性体在人类运动检测中的潜力.

主要方法:

• 通过光固化3D打印 (LCD) 制造复合弹性体 (HEA/PSFS) 使用纯化丝纤维素溶液 (PSFS) 和可光固化单体 (HEA).
• 加入碳纳米管 (CNTs) 来创建一个导电复合材料 (HEA/PSFS@CNTs).
• 机械测试包括拉力强度,性,破裂时的延长,以及循环装载/卸载测试.
• 使用奥格登模型对超弹性特性进行评估.
• 导电复合材料的电性能和响应时间的评估.

主要成果:

• 与HEA相比,HEA/PSFS复合材料的拉伸强度 (488%) 和性 (460%) 显著增加,破裂时延伸变化最小.
• 该材料表现出高弹性行为 (R2>0.95) 和在循环负荷下优异的稳定性 (hysteresis比率≤6%).
• 该HEA/PSFS@CNTs复合体在1600个加载周期后显示出稳定的电信号和快速响应时间 (<150毫秒).
• 该材料成功检测到人类运动,表明人类信号检测的潜力.

结论:

• 开发的基于丝的弹性体 (HEA/PSFS) 具有卓越的机械性能和可调节的电性能.
• HEA/PSFS@CNTs复合物是应变传感器和人类运动检测的有希望的候选.
• "提取-增强-制造"方法为3D打印弹性体和传感器的光固化提供了一种新的策略.