福建省物質構造・光重合研究所は、光硬化3Dプリントによるフレキシブルセンサーの研究で新たな進歩を遂げた。

福建省物質構造・光重合研究所は、光硬化3Dプリントによるフレキシブルセンサーの研究で新たな進歩を遂げた。
出典:福建省物質構造研究所

フレキシブル センサーは、優れた伸縮性、導電性、適合性を備えているため、健康診断、動作監視、人間とコンピューターの相互作用に広く使用されています。しかし、柔らかい材料の固有の粘弾性により、フレキシブルセンサーは動的荷重中に元の形状に素早く戻ることができず、フレキシブルセンサーの信号に大きなヒステリシスが生じ、フレキシブルセンサーの監視精度に重大な影響を及ぼし、実用化を妨げます。ヒステリシスの低いフレキシブル センサーを迅速かつ正確に準備する方法は、依然として課題となっています。


福建省の「挑戦を解き明かし、チームを率いる」主要プロジェクトと、閔都イノベーション実験室が独自に展開する重点技術研究プロジェクトの支援を受けて、中国科学院福建省物質構造研究所の呉立新研究員が率いるチームは、水素結合に富むアクリレートモノマーとイオン液体をベースに、硬化速度が速い感光性樹脂を調製しました。この樹脂は、多孔質イオンゲルフレキシブルセンサー(PIFS)のDLP印刷に適しており、変形しやすいIWP格子構造をPISSに導入して、フレキシブルセンサーの弾力性を向上させました。実験結果によると、70% のひずみで 500 サイクルの圧縮を行った後、格子構造 PIFS の残留ひずみはほぼゼロになり、ヒステリシス ループはほぼ重なり合っており、PIFS が優れた弾力性と耐疲労性を備えていることが示されています。

高い弾性と耐久性により、PIFS はヒステリシスが低く (2.4%)、長期にわたる周期的な負荷時に信頼性の高い検知信号を提供します。格子構造の導入により、PIFS の圧力感度も向上しました (0.45 kPa-1)。この研究では、自由な構造設計の利点を持つ3Dプリント技術も活用し、脈拍、指、歩行、手首の動きを監視するためにカスタマイズされた構造のPIFSを設計および印刷します。また、PIFSはガラス転移温度が低く(-45.8℃)、低温環境でも安定して動作します。同時に、PIFS は抗菌性や温度変化への高速応答性も備えており、温度変化を監視できる多機能フレキシブルセンサーです。関連研究は国際誌「Chemical Engineering Journal, 2022, 439: 135593」に掲載されました。博士課程学生のPeng Shuqiang氏が論文の筆頭著者であり、上級エンジニアのWeng Zixiang氏と研究者のWu Lixin氏が責任著者です。


図: 低ヒステリシスのフレキシブル センサーを作製するための光硬化 3D プリント高弾性イオンゲル。近年、チームは光硬化 3D プリント樹脂の研究において一連の重要な進歩を遂げています。柔軟なセンサーを準備するための3Dプリント(2021、31、2008729、ACS Applied Materials&Interfaces、2020、12、6479-6488)(化学工学ジャーナル、2022、427:131580) 9424);再構成可能な4D印刷形状メモリポリマー(2019、11、40642-40651); 4917-4926、Composites Part A、2019、117、276-286)、およびXu Yingの研究グループと共同で開発した高強度および高温耐性のシアネートエステル3Dプリント樹脂(ACS Applied Materials & Interfaces、2020、12、38682-38689)とデュアルキュア3Dプリント樹脂システム(Journal of Materials Science、2019、54、5865-5876)です。


光硬化、センサー、フレキシブル

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