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应变测量 应变检测

测量应变

应变检测(应变测量)
【应变测量 应变检测】尽管纳米复合机电传感器有望表现出合理的导电性和高灵敏度，但很少有人关注从其响应中消除滞后和应变率/频率依赖性 。例如，石墨烯和聚硅氧烷的复合材料G-putty具有非常高的机电灵敏度，但其极高的粘弹性使其由于滞后效应和速率/频率相关的影响而完全不适用于实际传感器 。这里表明，G-putty可以转化为油墨，并在弹性基材上印刷成图案薄膜 。印刷过程中石墨烯-聚合物相的部分分离使薄膜的电导率提高了×10 6 。与大体积相比，衬底的机械作用大大抑制了滞后现象，完全消除了应变率和频率依赖性 。以这种方式，可以制造用于脉冲测量的具有高规格因数的实用可穿戴传感器和用于低信号振动感测的图案化传感器 。
三一物理研究所SFI先进材料和生物工程研究中心AMBER的研究人员利用其创新的G-Putty材料开发了下一代石墨烯基传感技术 。该团队的印刷传感器灵敏度比行业标准高50倍，被业界视为改变游戏规则的重要指标:在灵活性方面，其性能优于其他同类纳米传感器 。
在不降低性能的情况下最大限度地提高灵敏度和灵活性，使该团队的技术成为可穿戴电子设备和医疗诊断设备这一新兴领域的理想候选 。
由世界领先的纳米科学家之一、三一大学物理学院的乔纳森·科尔曼教授领导的研究团队已经证明，他们可以生产低成本的印刷石墨烯纳米复合材料应变传感器 。

附着在皮肤上的柔性应变传感器
该团队开发了一种配制G-putty基墨水的方法，这种墨水可以以薄膜的形式印刷在弹性基底(包括创可贴)上，并且很容易粘附在皮肤上 。在创建和测试不同粘度(流动性)的油墨后，团队发现他们可以根据印刷技术和应用定制G-Putty油墨 。
他们的研究成果发表在《小》杂志上(“不依赖频率和速率的高性能应变传感器的可印刷G-Putty”) 。
医用应变传感器
在医疗环境中，应变传感器是一种非常有价值的诊断工具，可用于测量机械应变(如脉冲频率)的变化或中风患者吞咽能力的变化 。应变传感器通过检测这种机械变化并将其转换成比例电信号来工作，从而充当机电转换器 。
虽然目前市场上有应变传感器，但大多数是由金属箔制成的，在耐磨性、通用性和灵敏度方面都有局限性 。
科尔曼教授说，“我和我的团队曾经用橡胶带和油灰中发现的聚合物制造石墨烯纳米复合材料 。现在，我们已经将掺有石墨烯的高延展性腻子G-putty转化为具有优异机械和电气性能的油墨混合物 。我们的油墨的优势在于，它们可以通过工业印刷方法转化为工作设备，从丝网印刷到气溶胶和机械沉积 。
气溶胶喷雾沉积
使用150um喷嘴和视光AJ300进行气溶胶喷射印刷 。

喷印的工作原理与喷射沉积相似，但有很多关键的技术区别 。在气溶胶喷墨打印的情况下，墨水通过超声波和超声波雾化由惰性载气输送 。然后，气溶胶聚焦在空气体的沉积头中 。该装置由分辨率明显更高的环形鞘气组成 。对于本工作中的沉积，使用冷却器将喷雾器设置为约450毫安至10摄氏度，压板设置为90摄氏度 。载流量设定在10-14 sccm范围内，健康流量设定在65-75 sccm范围内 。使用降低低沸点影响的溶剂，起泡器充满氯仿，以在打印时稳定油墨 。所有指纹都是以1毫米/秒的速度进行的，在PDMS需要5次通过 。

气溶胶沉积示意图 。G-putty油墨通过输送改性油墨流入，由氮气流雾化并沉积在选定的基材上 。墨水流量由枪体侧面的扳机调节 。
气溶胶喷雾沉积示意图 。G-putty墨水通过超声波雾化，然后通过惰性载气输送到笔尖 。然后，二次鞘气约束羽流用于高分辨率沉积 。

丝网印刷沉积示意图:去除G腻子油墨，用聚氨酯刮刀通过印刷框穿过基材上方凸起的图案丝网 。这种材料沉积在印刷台上的基底上 。
“我们成本极低的系统的另一个优势是，我们可以控制制造过程中的各种参数，这使我们能够针对需要检测小应变的特定应用调整材料的灵敏度 。”
全球医疗设备市场目前的市场趋势表明，这项研究正在向个性化、可调节、可穿戴的传感器方向转移，这些传感器可以轻松集成到衣服中或穿在皮肤上 。
2020年，可穿戴医疗设备的市场价值将达到160亿美元，尤其是远程患者监护设备，其可观的增长将是显著的，人们将越来越重视健身和生活方式监测 。
该团队雄心勃勃，希望将科学工作转化为产品 。三一物理研究所的Daniel O'Driscoll博士补充道:“这些传感器的开发代表了可穿戴诊断设备领域的巨大进步——这些设备可以以定制模式打印，并可以舒适地安装在患者皮肤上，以监测皮肤状况 。一系列不同的生物过程 。

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