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龙8中国唯一官方网站结合3D打印和冻干法制备的碳纳米管石墨烯纳米片压力传感器

作者:小编    发布时间:2024-04-27 03:44:46    浏览量:

  随着可穿戴电子设备的发展,柔性传感器受到广泛关注,尤其是高灵敏度传感器。然而,通过热压、真空过滤等常规工艺制备的传感器不够灵敏,无法满足健康检测的需要。为了解决这一问题,本文,北京化工大学孙靖尧 副教授团队在《Journal of Polymer Research 》期刊发表名为“A carbon nanotube/graphene nanoplatelet pressure sensor prepared by combining 3D printing and freeze-drying method”的论文,研究提出了一种基于水凝胶的碳纳米管/石墨烯纳米片/聚二甲基硅氧烷(CNT/GNP/PDMS命名为CGP)压力传感器,采用直接墨迹三维(DIW 3D)打印和冷冻干燥方法制备。

  还讨论了基质浸润处理次数对力学性能的影响。通过利用3D打印的可设计性,可以同时制备多个CGP传感器样品,从而节省制备过程中的时间成本。厚度为6 mm的CGP传感器具有优异的灵敏度(最大标距系数(GF)为18.49),高于4 mm厚度和模具法等其他制备方法。同时,我们发现厚度为6 mm的CGP传感器在5000次循环测试中具有良好的循环性能。此外,还系统地进行了一系列性能测试。因此,制备的CGP传感器具有高灵敏度和优异的性能,具有应用于人体运动和健康检测的潜力。

  图1、a卡波姆水凝胶的制备过程示意图。b卡波姆水凝胶和印刷油墨的复合粘度。c卡波姆水凝胶和印刷油墨的G 和 G 之间的关系。d-f不同角度下印刷椭圆环的形状。

  图2、a卡波姆水凝胶的形态图像。b凝胶状态。c卡波姆水凝胶和dCNT/GNP 印刷油墨的连续挤出印刷长丝。e卡波姆水凝胶和fCNT/GNP 印刷油墨的良好保形性能展示

  本文采用DIW 3D打印和冻干法相结合的方法制备了一种CGP柔性压力传感器。在这里,DIW 3D打印可以同时有效地制备不同数量的传感器前驱体。同时,使用冷冻干燥方法能够重定向CNT和GNP填料并去除水凝胶,以获得CNT/GNP气凝胶骨架。PDMS基体渗透后,CGP压力传感器表现出优异的灵敏度(在较小的压缩范围内,最大GF为18.46)。同样系统地讨论了不同厚度和制备方法对传感器灵敏度的影响。与4 mm厚度和模具法制备的传感器的灵敏度相比,DIW 3D打印和冻干法相结合得到的6 mm厚度CGP传感器的灵敏度有了显著提高,充分证明了该方法的有效性。系统研究了基体浸润处理循环次数对CGP压力传感器力学性能的影响。同时,CGP压力传感器的响应和恢复时间分别为620 ms和720 ms。最后,将CGP柔性传感器固定在志愿者的不同部位,观察其健康状况,证明其耐磨性。综上所述,本文提出的CGP柔性传感器工艺为高灵敏度传感器的制备提供了一种创造性的方法。它有可能应用于人体运动和健康检测。

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