З глибокою інтеграцією та розвитком технологій штучного інтелекту та Інтернету речей (IoT) гнучкі та розтяжні датчики деформації привернули широку увагу завдяки їх можливому застосуванню у виявленні руху людини, медичній діагностиці, взаємодії людини-з комп’ютером та електронній шкірі. Датчики деформації працюють, перетворюючи механічні стимули в електричні сигнали-такі як опір або ємність-через різні механізми чутливості. Серед них резистивні тензодатчики стали гарячою точкою досліджень завдяки своїй високій чутливості, низькій вартості, простій структурі та легкості зчитування.
Наразі одна із поширених стратегій виготовлення високо{0}}ефективних гнучких датчиків деформації передбачає введення тонких мікроструктур-таких як мікропіраміди, складки та мікроколонки-на поверхню еластичної підкладки для досягнення вищої чутливості та нижчих меж виявлення. Однак традиційні методи виготовлення мікроструктури-такі як формування, фотолітографія та само-збірка-часто передбачають громіздкі,-тривалі та дорогі процеси, що обмежує швидке виготовлення та-масштабне застосування датчиків. Навпаки, лазерна технологія обробки пропонує новий підхід до виробництва гнучких електронних пристроїв завдяки її перевагам: висока швидкість, висока ефективність, робота без{10}}маски, низька вартість і висока гнучкість. Тим не менш, покладатися виключно на стратегії лазерної обробки для створення датчиків деформації, які одночасно мають високу чутливість, високу розтягуваність, високу лінійність, швидку реакцію, низький гістерезис і-тривалу стабільність, залишається серйозною проблемою. Як досягти синергічної оптимізації цих властивостей за простих-вартісних умов виготовлення залишається головною проблемою в поточних дослідженнях.
Команда під керівництвом Се Сяочжу з Школи машинобудування та електротехніки Технологічного університету Гуандун запропонувала простий, економічно{0}}ефективний і ефективний метод розробки датчика деформації з високою чутливістю, розтяжністю та хорошою стабільністю. Поєднавши технологію лазерного прямого запису з 3D-друком, вони успішно виготовили гнучкий датчик деформації P-PDMS.
У цьому дослідженні розроблено недорогу та масштабовану стратегію виробництва, яка поєднує технологію прямого лазерного запису та 3D-друку для виготовлення різноманітних гнучких датчиків деформації PDMS (P-PDMS). Ми оптимізували такі виробничі параметри, як лазерна обробка та 3D-друк, щоб підготувати датчики з найвищою чутливістю в широкому діапазоні деформацій. При параметрах процесу, таких як частота сканування 100 кГц, енергія імпульсу 1,46 мкДж, швидкість сканування 5 мм/с і швидкість друку 2,5 мм/с, підготовлений датчик із композитною мікроструктурою демонструє високу лінійну чутливість. Примітно, що чутливість гнучкого датчика деформації на основі композитної мікроструктури (PCM) на 159% вища, ніж у датчика з єдиною мікроструктурою з візерунком (PSLM), і на 339% вища, ніж у датчика без малюнка. З точки зору динамічного відгуку, датчик має час відгуку 140 мс (порівняно з 362 мс для безшаблонного датчика та 244 мс для одиночного мікроструктурного датчика), з коефіцієнтом гістерезису лише 0,023 і чудовою циклічною стабільністю. Крім того, він демонструє стабільну температурну реакцію та над-низьку межу виявлення 0,0125%. Таким чином, наші датчики деформації можна використовувати для виявлення різноманітних рухів людини, включаючи рухи пальців, зап’ястьків, колін і ліктів. Метод прямого лазерного запису також має такі переваги, як простота, ефективність і низька вартість, і демонструє великий потенціал у сфері носимих електронних пристроїв.
