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尹周平、黄永安团队提出制备超高可拉伸性传感器的喷印制造新方法
日期:2017-10-20

       纳米领域权威期刊Nano·Energy于近日刊发了机械学院柔性电子制造团队关于电流体喷印制造的最新研究成果《基于电流体喷印自相似微纳纤维的超延展性自功率传感器》(Hyper-stretchable self-powered sensors based on electrohydrodynamically printed,self-similar piezoelectric nano/microfibers)。机械学院黄永安教授为论文第一作者,段永青博士后和尹周平教授为论文通讯作者。


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  可拉伸传感器的实现通常是利用可拉伸材料如纳米材料,橡胶状材料,液态金属等导电流体或者借助可拉伸结构的设计如蜿蜒结构,自相似结构等。但是,这些可拉伸传感器通常是基于光刻或旋涂工艺制备的,其制作工艺较为复杂,成本较高,不适用于大批量低成本的生产。与此同时,很多可拉伸传感器存在一定的局限性,如需要外加电压辅助才能工作,传感器单元本身不能拉伸,拉伸能力有限(通常小于100%)等。因此,迫切需要一种低成本的制造工艺,制备出高性能的、高可拉伸性柔性传感器。


  该文章提出了一种利用自相似压电微纳米纤维制备出超高可拉伸性的自供电传感器的新方法。这种传感器可以实现超高的可拉伸性(300%),超低的探测极限(小于1mg),和极佳的稳定性(在150%的拉伸应变下工作大于1400次)。其制备方案核心是利用其课题组提出的螺旋电流体喷印技术(HE-Printing)结合可控自组装屈曲过程制备出自相似结构的微纳米PVDF纤维。这种自相似结构的压电纤维为传感器提供了远超同类的超强的可拉伸性能,同时避免了膜基结构的面外变形,为传感器提供了稳定而持续的信号输出和极低的探测极限。于此同时,这种传感器可以同时测量自身拉伸状态和多种外加载荷信息如加载幅值,频率并在不同拉伸情况下保持稳定的工作状态。这种传感器甚至可以在一定距离外探测人体运动如呼吸和走路。该项研究对超高可拉伸传感技术的科学设计和应用具有重要价值。




  该研究工作相关后续研究成果被Nano scale、Soft Matter、Polymers、Scientific Reports、Journal of Micro mechanics and Micro engineering等期刊录用发表。


  该工作得到了国家自然科学基金重点项目、重大研究计划集成项目、国家重点研发计划、华中科技大学学术前沿青年团队项目支持。光电国家实验室周军团队、化学与化工学院王帅团队和光电信息学院罗为团队在功能材料和器件表征方面给予研究大力支持。


  论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517304627?via%3Dihub

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