Odată cu integrarea și dezvoltarea profundă a inteligenței artificiale și a tehnologiilor Internet of Things (IoT), senzorii de tensiune flexibili și extensibili au atras atenție pe scară largă datorită aplicațiilor lor potențiale în detectarea mișcării umane, diagnosticarea medicală, interacțiunea umană cu computerul-și pielea electronică. Senzorii de deformare funcționează prin conversia stimulilor mecanici în semnale electrice-cum ar fi rezistența sau capacitatea-prin diferite mecanisme de detectare. Printre acestea, tensometrele rezistive au devenit un punct fierbinte de cercetare datorită sensibilității lor ridicate, costului redus, structurii simple și ușurinței de citire.
În prezent, una dintre strategiile comune pentru fabricarea de-senzori flexibili de deformare de înaltă performanță implică introducerea de microstructuri fine-cum ar fi micropiramide, pliuri și microcoloane-pe suprafața substratului elastic pentru a obține o sensibilitate mai mare și limite de detecție mai mici. Cu toate acestea, metodele tradiționale de fabricare a microstructurilor-cum ar fi turnarea, fotolitografia și auto-asamblarea-implică adesea procese greoaie, consumatoare de timp-și costisitoare, limitând fabricarea rapidă și aplicarea-la scară largă a senzorilor. În schimb, tehnologia de procesare cu laser oferă o nouă abordare a producției de dispozitive electronice flexibile datorită avantajelor sale de viteză mare, eficiență ridicată, funcționare fără mască-, cost redus și flexibilitate ridicată. Cu toate acestea, bazarea exclusiv pe strategiile de procesare cu laser pentru a obține senzori de deformare care posedă simultan sensibilitate ridicată, extensibilitate ridicată, liniaritate ridicată, răspuns rapid, histerezis scăzut și stabilitate-pe termen lung rămâne o provocare semnificativă. Modul de realizare a optimizării sinergice a acestor proprietăți în condiții simple de fabricație-cost redus rămâne o provocare de bază în cercetarea actuală.
Echipa condusă de Xie Xiaozhu de la Școala de Inginerie Mecanică și Electrică de la Universitatea de Tehnologie din Guangdong a propus o metodă simplă, -eficientă și eficientă pentru a dezvolta un senzor de deformare cu sensibilitate ridicată, elasticitate și stabilitate bună. Combinând tehnologia de scriere directă cu laser cu imprimarea 3D, au fabricat cu succes un senzor flexibil de deformare P-PDMS.
Acest studiu a dezvoltat o strategie de producție cu cost redus și scalabil, care combină scrierea directă cu laser și tehnologia de imprimare 3D pentru a pregăti o varietate de senzori flexibili de deformare PDMS (P-PDMS). Am optimizat parametrii de fabricație, cum ar fi procesarea laser și imprimarea 3D, pentru a pregăti senzori cu cea mai mare sensibilitate pe o gamă largă de tensiuni. Sub parametrii procesului de frecvență de scanare 100 kHz, energie puls 1,46 μJ, viteza de scanare 5 mm/s și viteza de imprimare 2,5 mm/s, senzorul pregătit cu microstructură compozită prezintă o sensibilitate foarte liniară. În special, sensibilitatea senzorului de deformare flexibilă cu microstructură compozită (PCM) este cu 159% mai mare decât cea a senzorului cu microstructură unică cu model (PSLM) și cu 339% mai mare decât cea a senzorului fără model. În ceea ce privește răspunsul dinamic, senzorul are un timp de răspuns de 140 ms (comparativ cu 362 ms pentru senzorul fără model și 244 ms pentru senzorul cu o singură microstructură), cu un coeficient de histerezis de până la 0,023 și o stabilitate excelentă a ciclului. În plus, prezintă un răspuns stabil la temperatură și o limită de detecție ultra-scăzută de 0,0125%. Prin urmare, senzorii noștri de tensiune pot fi utilizați pentru a detecta o varietate de mișcări umane, inclusiv mișcări ale degetelor, încheieturilor, genunchilor și coatelor. Metoda de scriere directă cu laser are, de asemenea, avantajele simplității, eficienței și costurilor reduse și prezintă un potențial mare în domeniul dispozitivelor electronice purtabile.
