中科院福建物质结构研究所：利用投影式光固化3D打印技术制造聚氨酯弹性体传感器

来源：EngineeringForLife

现阶段，先进的电子传感器常具有较为复杂的结构，这对用于制造电子传感器的相关材料性能和成形工艺提出了更高的要求。近期，来自中国科学院福建物质结构研究所的Jiatao Miao教授团队通过合成三种聚氨酯丙烯酸酯齐聚物制备了适用于投影式光固化3D打印的低粘度光固化树脂，该材料具有良好的力学性能和形状恢复能力。此外，研究人员通过将离子水凝胶涂覆在3D打印结构的表面来制备可伸缩传感器。相关研究“3D Printing Mechanically Robust and Transparent Polyurethane Elastomersfor Stretchable Electronic Sensors”发表在ACS Applied Materials & Interfaces杂志上。

首先，研究人员使用了一种聚酯多元醇(PCL)合成了三种聚氨酯丙烯酸酯齐聚物(PPPGA、PPTMGA和PPCLA)，并对合成的齐聚物进行了打印实验（图1）。

图1 制备的聚氨酯丙烯酸酯齐聚物打印效果展示

其次，研究人员对聚氨酯丙烯酸酯齐聚物的力学性能进行了测试（图2）。经对比PPTMGA-40、PPCLA-40和PPPGA-40三种材料可知PPTMGA-40的力学性能最好。

图2 三种材料的机械性能

最后，研究人员通过在打印出的PPTMGA-40弹性体支架上进行导电水凝胶的涂覆成功制作了水凝胶弹性体可拉伸传感器（图3），使其能够实现电路电源开关的控制，并通过控制施加在水凝胶弹性体上的压力来改变电路中灯泡的明暗。

图3 水凝胶弹性体可拉伸传感器

综上所述，该研究利用合成的三种聚氨酯丙烯酸酯齐聚物制备了适用于投影式光固化打印机的低粘度树脂，并对其力学及打印性能进行了测试，综合比较得出其中的PPTMGA-40具有较高的透明性和最好的综合力学性能，最后将PPTMGA-40结合可拉伸导电水凝胶，成功地制备了可伸缩传感器。该研究中所制备的高强度的可伸缩传感器大大增强了可穿戴传感器在人机反馈中的适用性。


论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b20631