CNT/PDMS柔性传感材料的打印工艺及性能研究

针对复合导电材料CNT/PDMS应用于柔性传感以及复杂结构设计的需求,将直写打印技术与该复合导电材料的成型制备方法结合起来,研究了CNT/PDMS复合材料的打印工艺和电阻传感性能。在试验研究中,首先配置了不同CNT含量的打印墨水,并对打印墨水的流变性及材料导电性进行测试,试验结果表明配置的打印墨水均具有粘弹性以及剪切变稀的性质,其中以CNT质量分数为7%的墨水用于直写打印时兼具导电性好易挤出且成型好的特点。通过单点成线试验,设置3D打印机参数为:扫描速度为10mm/s,挤出气压为0.3MPa。在此基础上,进行简单平面条状、二维网状结构以及立体网格结构的打印,对打印的条状结构进行温度和单轴拉伸试验,在不同的温度和拉伸率下打印件均表现有电阻传感特性;对网格状电路进行柔性电路性能测试,在对其施加6 V左右电压时,无论网格电路处于伸展还是弯曲状态均能表现出良好的导电性能;对打印的立体网格结构进行压力传感试验,结果表明复合材料有良好的压敏特性。性能表征结果证明该打印工艺可行,从而为后续该材料的复杂结构制造以及在柔性传感电子设备中的应用奠定基础。     

电活性聚合物PVC凝胶材料的3D直写打印工艺

鉴于电活性聚合材料PVC凝胶具有驱动电压低、且具有弯曲和拉压变形的双重能力,有望满足软体机器人个性化与结构复杂设计需求,将直写打印技术与材料的成型制备方法结合起来,研究了PVC凝胶的打印工艺。首先,配置了不同浓度的打印墨水,测试了不同浓度打印墨水的流变性能用以表征其可打印性,结果表明配置的PVC凝胶打印墨水整体表现为剪切变稀性质,具有较强的可打印性,其中质量比为聚氯乙烯(PVC)∶己二酸丁二酯(DBA)∶四氢呋喃(THF)=1∶4∶12.5的溶液用于打印具有固化速度快,易于挤出的特点。然后,通过单点成线试验,发现打印参数为:挤出流量为0.02m L/min,扫描速度为36 mm/s时,成线精度可以达到0.15 mm。在此基础上,进行三维叠加打印试验,实现了波纹状、网状、鱼鳞状PVC凝胶结构的3D打印。采用3层鱼鳞状PVC凝胶结构做成叠层,给该结构施加700 V方波电压时,其上下振动位移达到0.21mm;施加900V方波电压时,其驱动力为1.18N,为自身重量的21倍。试验结果表明:直写打印制备出来的PVC凝胶材料驱动性能良好,表明打印工艺的可行性。