3D打印連續(xù)碳纖維增強(qiáng)TPU超材料用于柔性多功能傳感器
柔性多功能纖維傳感器在電子皮膚、人機(jī)交互等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大,但存在成本高、生產(chǎn)效率低、集成困難等挑戰(zhàn),且傳統(tǒng)傳感器多依賴(lài)短碳材料或碳納米管,制備工藝復(fù)雜,功能單一,多功能集成需復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化與材料組合。來(lái)自西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的韓賓副教授團(tuán)隊(duì),利用連續(xù)碳纖維(CCF)和熱塑性聚氨酯(TPU),結(jié)合熔融沉積建模(FDM)3D打印技術(shù)與星形超材料設(shè)計(jì),開(kāi)發(fā)出柔性多功能傳感器,該傳感器通過(guò)CCF的壓阻特性實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械壓力、溫度等外部刺激的敏感檢測(cè),解決了傳統(tǒng)傳感器的痛點(diǎn)。相關(guān)工作以“3D printed continuous carbon fiber reinforced TPU metamaterials for flexible multifunctional sensors”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。

研究要點(diǎn)
1. 研究背景與挑戰(zhàn):傳統(tǒng)柔性傳感器制備復(fù)雜、成本高且功能單一,需創(chuàng)新方案實(shí)現(xiàn)多功能集成。
2. 材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):采用CCF/TPU復(fù)合材料結(jié)合星形超材料,通過(guò)FDM 3D打印制備柔性多功能傳感器。
3. 性能與測(cè)試:傳感器對(duì)應(yīng)變(0-180%)、應(yīng)力(0-1 MPa)、溫度(30-100℃)響應(yīng)良好,循環(huán)穩(wěn)定性佳。
4. 應(yīng)用與系統(tǒng):用于監(jiān)測(cè)人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),構(gòu)建柔性傳感系統(tǒng)控制機(jī)械臂,展現(xiàn)人機(jī)交互潛力。
5. 優(yōu)勢(shì)與意義:相比傳統(tǒng)傳感器,具材料簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)勢(shì),推動(dòng)可穿戴與工業(yè)傳感發(fā)展。
文章來(lái)源:
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162767
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