气溶胶3D打印多孔薄膜：显著提升应变仪灵敏度和耐热性

南极熊2018年1月15日讯/卡耐基梅隆大学（CMU）、德克萨斯州埃尔帕索大学，以及华盛顿州立大学的研究人员近日合作利用3D打印技术将应变仪的灵敏度提升到了前所未有的水平。

应变仪一般又称作电阻应变仪，被广泛用于材料的力学性能检测。实际使用时，它会被贴在物体表面。一旦受到力的作用，其中的电阻便会改变。而通过测量这种改变就能计算出应变值的大小。

应变仪通常由固体材料制成，并且有一个性能方面的通用标准 — 泊松比（材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，是反映材料横向变形的弹性常数），而它就代表了应变仪的最大灵敏度。固体材料的最大泊松比约为0.5。但利气溶胶喷射3D打印方法，CMU团队创建出了一种新的多孔膜结构，具有更高的泊松比。

气溶胶3D打印通过数字控制空气动力学聚焦，精确地将电子墨水沉积到基础材料上。通过纳米颗粒的受控烧结，整个过程可以确定固体结构的确切孔隙度。这帮助CMU团队成功优化了在应变仪中使用的薄膜的结构收缩量。而这个量越大，应变仪的灵敏度就会越高。

“得益于薄膜的高孔隙率，我们实现了有效值高达0.7的泊松比。这就意味着对于一个给定的薄膜，我们可以实现高出40％的横向收缩量。而这就能有效提高应变仪的灵敏度。“CMU机械工程抓野副教授Rahul Panat表示。

值得一提的是，这项研究还成功改善了应变仪的耐高温性 — 采用传统结构的应变仪很容易受热变形导致测量错误，但新的3D打印应变仪就不会有这样的问题。这无疑就进一步扩大它们的潜在应用范围。

▲真正的3D打印应变仪

“材料天然就会因受热而膨胀，但我们的这种3D打印多孔薄膜情况就要好得多，”Panat届时说，“所以，采用它的应变仪在高温环境中的出错几率会大大降低。”

编译自 3ders