Dzięki głębokiej integracji i rozwojowi technologii sztucznej inteligencji i Internetu rzeczy (IoT), elastyczne i rozciągliwe czujniki naprężenia wzbudziły szerokie zainteresowanie ze względu na ich potencjalne zastosowania w wykrywaniu ruchu człowieka, diagnostyce medycznej, interakcji człowiek-komputer i skórze elektronicznej. Czujniki naprężenia działają na zasadzie przekształcania bodźców mechanicznych na sygnały elektryczne,-takie jak rezystancja lub pojemność,-za pośrednictwem różnych mechanizmów wykrywających. Wśród nich rezystancyjne tensometry stały się gorącym punktem badawczym ze względu na ich wysoką czułość, niski koszt, prostą konstrukcję i łatwość odczytu.
Obecnie jedna z powszechnych strategii wytwarzania-elastycznych czujników odkształceń o wysokiej wydajności obejmuje wprowadzanie drobnych mikrostruktur-takich jak mikropiramidy, fałdy i mikrokolumny-na powierzchnię elastycznego podłoża w celu uzyskania wyższej czułości i niższych granic wykrywalności. Jednak tradycyjne metody wytwarzania mikrostruktur,-takie jak formowanie, fotolitografia i samodzielny-montaż-często wiążą się z uciążliwymi, czasochłonnymi-i kosztownymi procesami, ograniczającymi szybką produkcję i stosowanie-na dużą skalę czujników. Z kolei technologia przetwarzania laserowego oferuje nowe podejście do produkcji elastycznych urządzeń elektronicznych ze względu na jej zalety, takie jak duża prędkość, wysoka wydajność, działanie bez maski, niski koszt i duża elastyczność. Niemniej jednak poleganie wyłącznie na strategiach przetwarzania laserowego w celu uzyskania czujników odkształcenia, które jednocześnie charakteryzują się wysoką czułością, dużą rozciągliwością, wysoką liniowością, szybką reakcją, niską histerezą i-długoterminową stabilnością, pozostaje poważnym wyzwaniem. Kluczowym wyzwaniem bieżących badań pozostaje osiągnięcie synergistycznej optymalizacji tych właściwości w prostych,-kosztowych warunkach produkcyjnych.
Zespół kierowany przez Xie Xiaozhu ze Szkoły Inżynierii Mechanicznej i Elektrycznej na Politechnice w Guangdong zaproponował prostą,-efektywną kosztowo i wydajną metodę opracowania czujnika odkształcenia o wysokiej czułości, rozciągliwości i dobrej stabilności. Łącząc technologię bezpośredniego zapisu laserowego z drukiem 3D, udało się wyprodukować elastyczny czujnik naprężenia P-PDMS.
W ramach tego badania opracowano niedrogą-i skalowalną strategię produkcji, która łączy bezpośrednie pisanie laserowe i technologię druku 3D w celu przygotowania różnorodnych elastycznych czujników odkształcenia ze wzorami PDMS (P-PDMS). Zoptymalizowaliśmy parametry produkcyjne, takie jak obróbka laserowa i druk 3D, aby przygotować czujniki o najwyższej czułości w szerokim zakresie odkształceń. Przy parametrach procesu: częstotliwości skanowania 100 kHz, energii impulsu 1,46 μJ, prędkości skanowania 5 mm/s i prędkości drukowania 2,5 mm/s, przygotowany czujnik o mikrostrukturze kompozytowej charakteryzuje się dużą czułością liniową. Warto zauważyć, że czułość czujnika odkształcenia elastycznego z mikrostrukturą kompozytową (PCM) jest o 159% wyższa niż czułość czujnika wzorzystej pojedynczej mikrostruktury (PSLM) i o 339% wyższa niż czujnika bez wzorca. Jeśli chodzi o reakcję dynamiczną, czujnik ma czas reakcji 140 ms (w porównaniu do 362 ms w przypadku czujnika bez wzorca i 244 ms w przypadku czujnika z pojedynczą mikrostrukturą), przy współczynniku histerezy wynoszącym zaledwie 0,023 i doskonałej stabilności cyklu. Ponadto wykazuje stabilną reakcję na temperaturę i-bardzo niską granicę wykrywalności wynoszącą 0,0125%. Dlatego nasze czujniki naprężenia mogą być używane do wykrywania różnorodnych ruchów człowieka, w tym ruchów palców, nadgarstków, kolan i łokci. Metoda bezpośredniego pisania laserowego ma również zalety w postaci prostoty, wydajności i niskiego kosztu oraz wykazuje ogromny potencjał w dziedzinie przenośnych urządzeń elektronicznych.
