3D Printed Stretchable Tactile Sensors
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來源：
近日，明尼蘇達大學Michael C. McAlpine教授，在Adv. Mater.上，發表了其課題組的最新研究成果「3D Printed Stretchable Tactile Sensors」。
據悉，研究人員採用多材料、多尺度和多功能的3D列印方法，在自由表面上加工生成了3D觸覺傳感器。個性化觸覺傳感器具有檢測和區分人體運動狀況的能力，包括脈搏監測和手指運動等。
利用個性化3D列印技術生產功能材料和設備，可以實現可穿戴電子系統中的，各種傳感器的生物相容性的優化調整，為仿生皮膚的應用開闢新路線。
接下來小編就為大家詳解，其中的原理以及應用。
利用個性化3D列印技術生產功能材料和設備，可以實現可穿戴電子系統中的，各種傳感器的生物相容性的優化調整，為仿生皮膚的應用開闢新路線。
接下來小編就為大家詳解，其中的原理以及應用。
圖一 觸覺傳感器設計原理和3D列印過程示意圖
（a）觸覺傳感器的組成示意圖：基底層、頂部和底部電極、隔離層、傳感器層和支撐層；
（b）觸覺傳感器的側視圖；
（c）觸覺傳感器的俯視圖；
（d）玻璃基板上觸覺傳感器的3D列印過程，包括8個步驟：
步驟I：列印面積為16mm2的方形硅氧烷基底層；
步驟II：使用75wt%銀/矽氧烷油墨在基底層上，列印9mm2的方形底部電極層；
步驟III：使用68 wt％銀/矽氧烷油墨在電極層上，列印半徑為350μm，高為1mm，壁厚為150μm的圓筒壁作為傳感器層；
步驟IV：使用矽氧烷油墨，列印9mm2的隔離層；
步驟V：使用40 wt％普朗尼克墨水，列印厚度為0.8mm的9mm2的方形支撐層；
步驟VI：使用75 wt％銀/矽氧烷油墨，列印4mm2的方形頂部電極層；
步驟VII：將傳感器浸泡3小時，以除去支撐層；
步驟VIII：乾燥傳感器。
（a-b） SEM圖表明Ag顆粒在68 wt％和75 wt％銀/矽氧烷油墨中的分布，標尺為5μm；
（c） 具有不同Ag含量的固化油墨的拉伸曲線；
（d） 具有不同Ag含量的固化油墨的壓縮曲線；
（e） 三種油墨的外加壓力，與其電阻的關係曲線，其中68 wt％Ag的樣品為圓柱體（直徑1mm，高度為1mm），70 wt％和80 wt％Ag的樣品為細絲狀（長度為15mm，直徑為0.2mm）；
（f） 三種不同的循環壓力作用下，68 wt％銀/矽氧烷油墨傳感層的相對電流變化情況。
（a）SEM圖，3D列印觸覺傳感器傳感器層的俯視圖；
（b-c）3D列印觸覺傳感器的側視圖和俯視圖，標尺為200μm；
（d） 不同壓力下觸覺傳感器的電流-電壓特徵曲線；
（e） 在0.125 Hz的輸入頻率下，200 kPa的動態壓力對應的響應頻率；
（f） 在200 kPa壓力作用下，不同輸入頻率與電流變化曲線；
（g） 不同油墨材料和觸覺傳感器裝置的平均壓縮系數；
（h） 在初始壓力為500 kPa時，施加恆定應變時觸覺傳感器的電流變化；
（i） 頻率為0.25Hz，壓力為100kPa時，進行100次循環，觸覺傳感器裝置的電流變化。
（a）位於橈動脈上方的觸覺傳感器照片，測量徑向脈衝信號；
（b）久坐情況下測量的脈衝信號；
（c）上下樓跑5分鐘後測量的脈衝信號；
（d-e）按壓和彎曲的情況下，動態加載和循環次數對電流信號變化的影響；
（f）3D列印觸覺傳感器位於人的指尖，標尺為4mm；
（g）當用手指按壓觸覺傳感器時，其電流信號變化情況；
（h）位於觸覺傳感器（面積為1cm2）表面上的三角形玻璃物體的俯視圖，標尺為 2mm；
（i）在三角形玻璃（0.096g）上放置質量為50g的物體時，壓力分布的信號映射。
採用不同含銀量的銀/矽氧烷油墨，3D列印出微型觸覺傳感器，透過實驗證實該傳感器，對應變、壓力等的變化，能夠進行準確檢測，此外透過在人體上的實驗，進一步證實該傳感器，對機械信號十分敏感，可以準確檢測人體的運動狀況。
這一研究成果的發表，為個性化3D列印傳感器，開闢了新的路線。
這一研究成果的發表，為個性化3D列印傳感器，開闢了新的路線。
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