随着物联网技术的出现，可穿戴设备的发展最近引起了学术界或工业界的兴趣。在可穿戴设备中，用于将生理信号转换为数字数据的传感器起着重要的作用。与传统的基于硅的传感器相比，具有超薄，低弹性模量，重量轻和高度可拉伸的柔性可拉伸传感器被广泛用于人体临床诊断，人体运动检测，柔性触摸屏，灵活的电子皮肤和柔软的机器人。迄今为止，柔性传感器主要分类为压电传感器，电容传感器和压阻传感器。其中，压阻传感器具有以下优点：结构更简单，检测限更低，数据输入和输出更容易，并且与静态和动态力的兼容性更好，这使得对压阻传感器的研究最为深入。柔性和可拉伸应变传感器的性能取决于导电反应层的整体性能。用户期望可拉伸传感器在大变形状态下表现出出色的导电性。为了满足这样的要求，在组装柔性电阻传感器中已经采用了包括化学气相沉积，浸涂法和旋转法在内的多种方法。然而，上述方法难以制造定制的专用结构来满足用户的可穿戴需求。3D打印技术的出现改变了设备制造的方式。与传统工艺相比，3D打印技术具有通过逐层方式制造具有定制和复杂设计的可穿戴传感器的能力。由于其高拉伸性和出色的回弹力，聚氨酯（PU）弹性体被广泛用于各种3D打印技术中，包括直接墨水书写（DIW），熔融沉积建模（FDM）和数字光处理（DLP）以制备柔性应变传感器。通过无限制的几何设计，可以使用具有高导电性聚合物复合材料的3D打印牺牲铸模来制备具有设计结构的传感器。但是，如何在温和的条件下处理模具并保持精细结构仍然是一个挑战。近日，中国科学院福建物质结构研究所的吴立新和Zixiang Weng研究员课题组合成了一种可水解的受阻脲基丙烯酸酯（HUA）作为交联剂，并将其与4-丙烯酰基吗啉单体（ACMO）混合以在印刷过程中形成交联网络。该交联的聚合物网络可防止印刷的支架溶解在单体中，从而提高印刷分辨率。另外，由于其在温和条件下（例如水）的良好溶解性，该支架被证明是牺牲模具的极佳候选者。为了验证这种牺牲模具的可用性，将碳纳米管（一种具有高导电率和高纵横比的填料）引入到具有高伸长率和良好弹性的聚合物聚氨酯中。将混合物浇铸到模具中以制备多孔柔性应变传感器。该柔性应变传感器显示出高拉伸性（≈510％）和出色的可恢复性，在低压缩应变下表现出良好的灵敏度（0.111 kPa-1）。同样，电阻响应信号在60％机械负载的100个循环后保持稳定，并具有高循环重复性和稳定性。具有用户特定形状的柔性应变传感器佩戴起来更方便。复杂的多孔结构为柔性应变传感器提供了更轻的重量和更高的弹性。实际演示表明，该柔性应变传感器能够准确地识别人体运动，包括步态分析，手指运动，证明其本身是制备智能可穿戴设备的有前途的材料。图1. a）DLP印刷工艺和光固化树脂化学结构的示意图；b）使用ACMO打印卡通狗（左）和使用ACMO-HUA（右）的比较；c）ACMO和ACMO-HUA的光固化行为的光流变分析；d）光固化树脂的固化深度；e）3D打印的国际象棋车、国际象棋、陀螺仪和八角形构架。
图2. a）基于受阻脲键的3D打印部件的水解过程示意图；b）在60℃下将印刷的八角形构架水解7小时；c）在90℃下将印刷的八角形构架水解4 h。
图3. a）通过间接3D打印说明PFSS的准备工作；b-e）各种体系结构的间接3D打印准备：b）陀螺；c）手指套；d）多孔晶格；e）章鱼。
图4. 多孔传感器作为运动监测的可穿戴设备的演示。a）将PFSS集成到鞋中以进行身体运动监测；b）当人类行走10分钟时，PFSS的抵抗力响应；c）当人类奔跑5分钟时，PFSS的抵抗力响应；d）手指以不同角度弯曲时，指套的电阻响应。
Shuqiang Peng, Zian Wang, Jinbin Lin, Jia-Tao Miao, Longhui Zheng, Zhi Yang, Zixiang Weng,* and Lixin Wu*. Tailored and Highly Stretchable Sensor Prepared by Crosslinking an Enhanced 3D Printed UV-Curable Sacrificial Mold. Adv. Funct. Mater. 2020, 2008729. DOI: 10.1002/adfm.202008729.*免责声明：本文仅代表作者个人观点，不代表本公众号立场。本公众号转载此图文仅出于传播更多资讯之目的，如有侵权或违规请及时联系我们，我们将立刻予以删除。投稿或推广合作：wintech@wintechm.cn
2020-12-23
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