Med den dybe integration og udvikling af kunstig intelligens og Internet of Things (IoT) teknologier har fleksible og strækbare belastningssensorer fået bred opmærksomhed på grund af deres potentielle anvendelser inden for menneskelig bevægelsesdetektion, medicinsk diagnostik, menneskelig-computerinteraktion og elektronisk hud. Strain-sensorer fungerer ved at konvertere mekaniske stimuli til elektriske signaler-såsom modstand eller kapacitans-gennem forskellige følemekanismer. Blandt disse er resistive strain gauges blevet et forskningshotspot på grund af deres høje følsomhed, lave omkostninger, enkle struktur og lette at læse.
I øjeblikket involverer en af de almindelige strategier til fremstilling af højtydende fleksible belastningssensorer, at man indfører fine mikrostrukturer-såsom mikropyramider, folder og mikrosøjler-på overfladen af det elastiske substrat for at opnå højere følsomhed og lavere detektionsgrænser. Men traditionelle mikrostrukturfremstillingsmetoder-såsom støbning, fotolitografi og selv-samling- involverer ofte besværlige, tids-krævende og dyre processer, hvilket begrænser den hurtige fremstilling og stor-anvendelse af sensorer. I modsætning hertil tilbyder laserbehandlingsteknologi en ny tilgang til fremstilling af fleksible elektroniske enheder på grund af dens fordele med høj hastighed, høj effektivitet, maskefri drift, lave omkostninger og høj fleksibilitet. Ikke desto mindre er det stadig en betydelig udfordring at stole udelukkende på laserbehandlingsstrategier for at opnå belastningssensorer, der samtidig har høj følsomhed, høj strækbarhed, høj linearitet, hurtig respons, lav hysterese og langtidsstabilitet. Hvordan man opnår den synergistiske optimering af disse egenskaber under simple,{14}}lave produktionsbetingelser er fortsat en kerneudfordring i den nuværende forskning.
Holdet ledet af Xie Xiaozhu fra School of Mechanical and Electrical Engineering ved Guangdong University of Technology har foreslået en enkel, omkostningseffektiv og effektiv metode til at udvikle en belastningssensor med høj følsomhed, strækbarhed og god stabilitet. Ved at kombinere direkte laserteknologi med 3D-printning har de med succes fremstillet en P-PDMS fleksibel belastningssensor.
Denne undersøgelse udviklede en lav-pris og skalerbar fremstillingsstrategi, der kombinerer direkte laserskrivning og 3D-printteknologi for at forberede en række mønstrede PDMS (P-PDMS) fleksible belastningssensorer. Vi optimerede fremstillingsparametre såsom laserbehandling og 3D-print for at forberede sensorer med den højeste følsomhed over et bredt belastningsområde. Under procesparametrene scanningsfrekvens 100kHz, pulsenergi 1,46μJ, scanningshastighed 5mm/s og printhastighed 2,5mm/s udviser den forberedte sensor med sammensat mikrostruktur meget lineær følsomhed. Navnlig er følsomheden af den fleksible kompositmikrostruktur (PCM) belastningssensor 159 % højere end den for den mønstrede enkelt mikrostruktur (PSLM) sensor og 339 % højere end den for den umønstrede sensor. Med hensyn til dynamisk respons har sensoren en responstid på 140ms (sammenlignet med 362ms for den mønsterløse sensor og 244ms for den enkelte mikrostruktursensor), med en hysteresekoefficient så lav som 0,023 og fremragende cyklusstabilitet. Derudover udviser den stabil temperaturrespons og en ultra-lav detektionsgrænse på 0,0125 %. Derfor kan vores belastningssensorer bruges til at registrere en række menneskelige bevægelser, herunder bevægelser af fingre, håndled, knæ og albuer. Laser-direkteskrivningsmetoden har også fordelene ved enkelhed, effektivitet og lave omkostninger og viser et stort potentiale inden for bærbare elektroniske enheder.
