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世界各地越來越多的公司和研究小組正在開發基于復合材料的柔順傳感器,這些傳感器可以有廣泛的可能應用。 復合材料,即由兩種或兩種以上物質制成的復合材料,往往具有獨特和有利的性質,不同于它們各自的組成部分。
過去的研究發現,含有聚合物基質和導電填料的復合材料對于柔順傳感器的發展特別有希望,因為它們可以在大尺度上打印.. 由這類材料制成的傳感器的一個關鍵優點是它們可以集成在幾何復雜或靈活的系統中,例如可穿戴設備和軟機器人..
耶魯大學的研究人員最近提出了一種方法,可以為軟機器人應用可持續地制造柔順傳感器。 這種方法,在一篇科學機器人論文中提出,涉及使用乙醇基Pickering乳液自發凝固,創造一種導電復合材料,可以很容易地打印在軟機器人系統上。
研究人員在他們的論文中寫道:“印刷復合材料通常需要使用溶劑,如甲苯或環己烷,以溶解聚合物樹脂,并將材料稀釋成可打印的粘度。” “然而,這種溶劑會導致大多數聚合物基體的膨脹和分解,限制了復合材料的用途。 此外,許多常規溶劑具有毒性或對健康造成危害。
耶魯大學的研究人員意識到在使用溶劑印刷復合材料時遇到的挑戰,設計了一種新的方法,可以更有效和更可持續地制造傳感器。 他們制定的策略是基于使用乙醇基Pickering乳液,該乳液自發凝固,創造出一種導電復合材料,可以打印成不同類型的傳感器..
研究人員在論文中寫道:“Pickering乳液由導電納米粒子在乙醇載體中穩定的乳化聚合物前驅體組成。” “乙醇蒸發后,前體被釋放,然后結合在納米粒子網絡中,并在與大氣水分接觸時自發聚合。
一旦他們描述了他們的新傳感器制造策略,研究人員將自凝皮克林乳液打印成許多聚合物系統,包括傳統的紡織材料和軟致動器。 他們使用的導電物質賦予了這些系統傳感能力,從而產生了不同類型的柔順傳感器。
到目前為止,研究人員已經使用他們的制造方法來制造復合注入的運動學磁帶,膝蓋墊和棉手套。 他們還采用同樣的策略,通過在薄紗織物上打印導電乳液并在其上附加執行器來制造被稱為OmniSkins的軟機械皮。
在初步測試中,研究人員開發的基于Pickering乳液的傳感系統實現了顯著的應變靈敏度和可忽略的遲滯,這對于大多數可穿戴技術和軟機器人應用來說是非常理想的性能。 在未來,本文引入的新的制造策略可以促進更可持續地開發創新和高性能的傳感技術,包括軟機器人皮膚和具有傳感能力的服裝項目。