深度探究碳材料的3D打印柔性觸覺傳感器

在過去幾十年中，電子皮膚因在智能機器人、健康監(jiān)測、可穿戴設備和人機交互方面具有廣闊的應用前景而備受全球矚目。

所謂的電子皮膚，即通過電學信號的集成與反饋來模擬人體皮膚感受外界刺激（壓力、溫度、濕度）的新型電子器件。在電子皮膚的各種感知功能中，觸覺感知功能尤為重要。

近日，來自中國科學院上海高等研究院的團隊在基于碳材料的3D打印柔性觸覺傳感器件的研究中取得重要進展。團隊研究成果以“A Highly Sensitive Flexible Tactile Sensor Mimicking The Microstructure Perception Behavior of Human Skin”為題發(fā)表在國際期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。

論文通訊作者為中國科學院上海高等研究院曾祥瓊研究員，第一作者為上海高等研究院的王海航博士。該工作獲得了上海市自然科學基金項目的資助。

在這項最新的研究中，研究團隊通過模擬人體皮膚的結(jié)構(gòu)和傳感機制，創(chuàng)造性地將聚二甲基硅氧烷（PDMS）微球與石墨烯相結(jié)合，設計了一種具有指紋微結(jié)構(gòu)的新型多功能電子皮膚；提出了一種石墨烯-PDMS微球油墨3D打印制備柔性傳感器的方法。

具體的打印原理為，研究團隊利用乳化的方法制備PDMS微球，并且通過利用未交聯(lián)的PDMS-石墨烯混合溶液對PDMS微球形成包覆；制備的石墨烯-PDMS微球油墨可以通過噴頭擠出形成三維立體結(jié)構(gòu)，并通過熱固化成型。

研究團隊通過傳感性能研究發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建的電子皮膚傳感器不僅對壓力具有靈敏響應，而且能有效反饋摩擦力的大小；利用傳感器這一特性可以區(qū)分出具有不同微米級粗糙度的表面，從而實現(xiàn)對物體表面的微觀形貌、硬度等信息的有效區(qū)分和識別。

通過風載實驗，研究團隊進一步驗證了所構(gòu)建的石墨烯-PDMS微球觸覺傳感器對氣體等流體也具有有效的響應。

上述研究結(jié)果表明，團隊所構(gòu)建的石墨烯-PDMS微球觸覺傳感器不僅可以用于對不同粗糙度表面的檢測，而且還可用于氣流監(jiān)測、聲音檢測等。

研究團隊認為，這項工作為可穿戴式傳感提供了新途徑，為電子皮膚的發(fā)展提供了新思路。

文章鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.1c04079

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