Med den dype integreringen og utviklingen av kunstig intelligens og Internet of Things (IoT)-teknologier, har fleksible og strekkbare belastningssensorer fått bred oppmerksomhet på grunn av deres potensielle anvendelser innen menneskelig bevegelsesdeteksjon, medisinsk diagnostikk, menneskelig-datamaskininteraksjon og elektronisk hud. Belastningssensorer fungerer ved å konvertere mekaniske stimuli til elektriske signaler-som motstand eller kapasitans-gjennom ulike sansemekanismer. Blant disse har resistive strekkmålere blitt et forskningshotspot på grunn av deres høye følsomhet, lave kostnader, enkle struktur og lette å lese.
For øyeblikket involverer en av de vanlige strategiene for å produsere fleksible belastningssensorer med høye-ytelse å introdusere fine mikrostrukturer-som mikropyramider, folder og mikrosøyler-på overflaten av det elastiske underlaget for å oppnå høyere følsomhet og lavere deteksjonsgrenser. Imidlertid involverer tradisjonelle mikrostrukturfremstillingsmetoder-som støping, fotolitografi og selv-montering-ofte tungvinte, tidkrevende-og kostbare prosesser, noe som begrenser den raske produksjonen og stor-anvendelse av sensorer. I motsetning til dette tilbyr laserbehandlingsteknologi en ny tilnærming til produksjon av fleksible elektroniske enheter på grunn av fordelene med høy hastighet, høy effektivitet, maskefri drift, lave kostnader og høy fleksibilitet. Likevel er det fortsatt en betydelig utfordring å stole utelukkende på laserprosesseringsstrategier for å oppnå belastningssensorer som samtidig har høy følsomhet, høy strekkbarhet, høy linearitet, rask respons, lav hysterese og langsiktig stabilitet. Hvordan oppnå synergistisk optimalisering av disse egenskapene under enkle,{14}}lave fabrikasjonsforhold er fortsatt en kjerneutfordring i nåværende forskning.
Teamet ledet av Xie Xiaozhu fra School of Mechanical and Electrical Engineering ved Guangdong University of Technology har foreslått en enkel, kostnadseffektiv og effektiv metode for å utvikle en strekksensor med høy følsomhet, strekkbarhet og god stabilitet. Ved å kombinere laser-direkteskrivingsteknologi med 3D-utskrift, har de lykkes med å produsere en P-PDMS fleksibel belastningssensor.
Denne studien utviklet en lav-og skalerbar produksjonsstrategi som kombinerer direkte laserskriving og 3D-utskriftsteknologi for å forberede en rekke mønstrede PDMS (P-PDMS) fleksible belastningssensorer. Vi optimaliserte produksjonsparametere som laserbehandling og 3D-utskrift for å klargjøre sensorer med høyeste følsomhet over et bredt belastningsområde. Under prosessparametrene skannefrekvens 100kHz, pulsenergi 1,46μJ, skannehastighet 5mm/s og utskriftshastighet 2,5mm/s, viser den forberedte sensoren med sammensatt mikrostruktur svært lineær følsomhet. Spesielt er følsomheten til den fleksible komposittmikrostrukturen (PCM) belastningssensoren 159 % høyere enn den for den mønstrede enkeltmikrostruktursensoren (PSLM) og 339 % høyere enn den til den umønstrede sensoren. Når det gjelder dynamisk respons, har sensoren en responstid på 140ms (sammenlignet med 362ms for den mønsterløse sensoren og 244ms for den enkle mikrostruktursensoren), med en hysteresekoeffisient så lav som 0,023 og utmerket syklusstabilitet. I tillegg viser den stabil temperaturrespons og en ultra-lav deteksjonsgrense på 0,0125 %. Derfor kan belastningssensorene våre brukes til å oppdage en rekke menneskelige bevegelser, inkludert bevegelser av fingre, håndledd, knær og albuer. Laser-direkteskrivingsmetoden har også fordelene med enkelhet, effektivitet og lave kostnader, og viser et stort potensial innen bærbare elektroniske enheter.
