一、項目進展
創意計劃階段
二、負責人及成員
姓名 |
學院/所學專業 |
入學/畢業時間 |
韓卓航 |
新材院/高分子材料與工程 |
2018.9/2022.6 |
三、指導教師
姓名 |
學院/所學專業 |
職務/職稱 |
研究方向 |
向東 |
新材院/材料加工工程 |
院長助理/副教授 |
復合材料、增材制造 |
四、項目簡介
本項目旨在研究一種基于增材制造技術的高性能柔性應變傳感器,通過溶液共混法制備一系列具有不同導電填料濃度和良好分散性的CNT/TPU復合材料體系,利用PCA的非共價作用調控納米導電填料CNT的界面性能,提升復合材料導電能力。利用對打印路徑的控制、打印過程中剪切取向作用以及填料形態的差異,構筑具有不同微納結構的復合材料拉伸、壓縮標準試樣并進行柔性傳感器的制作。之后在此基礎上再進行其應變傳感行為的研究,探究基于增材制造技術的不同微納結構的改性復合材料的工作應變范圍、靈敏度、穩定性等性能,并將其運用到人體運動監測、表情識別、語言識別等方面。
成果類別 |
成果名稱 |
相關團隊成員 |
相關指導老師 |
實用新型專利 |
一種基于增材制造技術的柔性應變傳感器 |
韓卓航/肖維/蒲根磊 |
向東 |
期刊 |
1.Xiang, D., Zhang, X., Han, Z. et al. 3D printed high-performance flexible strain sensors based on carbon nanotube and graphene nanoplatelet filled polymer composites. Journal of Materials Science, 2020, 55:15769-15786. 2.Xiang, D., Zhang, Z., Han, Z. et al. Effects of non-covalent interactions on the properties of 3D printed flexible piezoresistive strain sensors of conductive polymer composites. Composite Interfaces, 2020, 27(6):577-591. |
1.韓卓航 2.韓卓航 |
向東 |
(1)本課題基于增材制造工藝的高性能柔性應變傳感器,正是對先進材料、先進工藝方面的研究,同時能夠應用于各種電子、機械設備,全面響應了四川省“5+1”現代產業需求,大大促進了企業之間的競爭;
(2)基于本高性能柔性傳感器制備成柔性傳感芯片,其響應速度快和響應靈敏度高,應用于機器人生產和各種服務行業,為顧客等提供更好的服務體驗。
(3)我國正穩步推進登月項目、空間站項目和火星探測項目。在航空航天領域,宇航服作為宇航員在外太空利用最為密切的裝備,其對于宇航員的生命安全以及深空探索任務的完成都具有十分重要的意義。傳感器也是宇航服中最為重要的組成部分,將本柔性傳感器應用于航空航天領域,能進一步提高傳感性能,推進我國航空航天事業發展。
基于實用新型專利開發的新型3D打印結構為傳感器提供了多方面優異的拉伸回彈性能和良好的壓縮、彎曲能力,綜合傳感性能優異。我們團隊基于增材制造技術制備的柔性應變傳感器,材料本身的印刷性能優異,基于3D打印模型的構建,通過FDM 3D打印能夠輕松制備多種不同三維結構的傳感器,相比于其他材料成型方式節省了開模的成本。
科技的發展帶動著社會的進步,隨著物聯網、人工智能、大數據等技術的飛速發展,越來越多的智能傳感器正以全新的姿態改變著人類的生活和生產方式,可穿戴傳感器就是其中之一。可穿戴電子設備的設想雛形最早可以追溯到20世紀60年代,經過研究者們半個世紀的不懈研究,可穿戴技術已成為倍受矚目的熱點技術之一。傳感器作為其核心部件,其研究進展直接影響著可穿戴技術的發展進程。傳統的剛性傳感器在親膚性、柔韌性、佩戴舒適性等方面都比較差,因此不適合用于人體穿戴。而柔性傳感器由于采用柔性材料制成,在可穿戴設備應用中有著得天獨厚的優勢,成為了可穿戴設備的主流研究內容。目前可穿戴傳感器主要應用于醫療、運動以及軍事領域。隨著材料以及制備工藝的不斷進步,其應用領域也將進一步擴大。我們所研究的基于增材制造技術的高性能柔性應變傳感器正是順應了柔性傳感器發展的要求,通過PCA改性,提高了CNT導電填料在聚氨酯類彈性體TPU中的分散性能,利用單螺桿擠出機的剪切作用進一步優化了CNT的分散,最終通過FDM 3D打印出高性能的柔性應變傳感器。有市場分析報告指出,在2021至2028年的預測期內,柔性傳感器市場預計將以6.8 %的速度增長,預計到2028年將達到84.7億元。這也說明柔性傳感器市場一直是需大于求,我們基于新材料和新工藝制備了高性能柔性應變傳感器,3D打印給予傳感器結構的高度可設計性,使其能夠廣泛應用于可穿戴設備、智能機器人和醫療設備等領域,推進柔性傳感器的發展,為社會帶來巨大的經濟效益,我們也相信我們基于增材制造技術設計制備的高性能柔性應變傳感器具有較大的運用前景。