基于3D打印固态导电弹性体的触觉感知应用

利用3D打印实现的多种柔性导电材料结构对从触觉传感到生物电子学器件的具有极大的吸引力。其中最常用的柔软导电材料是水凝胶/离子凝胶。 然而，3d打印的水凝胶/离子凝胶仍然存在一个根本性的瓶颈，即在hydro凝胶/离子凝胶中液体的蒸发和泄漏，使其电气-机械性能的稳定性有限。虽然光固化无液离子导电弹性体可以规避这些限制，但相关的光固化过程繁琐，导致了打印质量相对较差。为了突破上述瓶颈，来自香港城市大学的 Wang Zuankai研究组开发了一种快速光固化的固态导电离子弹性体(SCIE)，可以实现任意结构的高分辨率3D打印。相比于传统离子导电材料，打印的材料具有包括结构分辨率高（≈50μm)、杨氏模量大(≈6.2 MPa)和拉伸能力强(断裂应变为292%)的优势，且在广泛的温度范围内(−30~80°C)具有优良的电导率公差，以及优良的弹性和抗疲劳能力。进一步的利用该加工方加工的模块被编程微3D柔性触觉传感器，结果表明，该传感器即使在10000次装卸循环后仍然具有良好的性能。相比于基于陀螺的压阻传感器和基于间隙的电容传感器，这两种传感器的灵敏度都比其笨重的同类产品高好几倍。该发现不仅为3D打印功能材料的设计提供了一个新的手段，而且为3D智能、柔性电子设备的设计创造了新的机遇。相关结果发表在Adv. Mater. 2021, 2105996上。

相关链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105996

图：固态导电结构的3D打印方法、SEM图以及触觉传感特性