3D打印复杂多孔结构

柔性可穿戴传感器具有高延展性和便携性，它被广泛应用于健康诊断、运动监测和康复等领域。然而，由于软材料的固有粘弹性，迟滞现象在柔性传感器中普遍存在，这是一个有待解决的问题。

来自中国科学院的翁子骧和吴立新团队开发了一种含有离子液体（ILs）和丙烯酸单体的光固化树脂。通过数字光处理（DLP）3D打印定制的多孔离子凝胶柔性传感器（PIFS）表现出更高的压力灵敏度和更低的滞后性，在长期加载期间可提供稳定的信号。此外，PIFS还具有抗菌和精确检测温度的功能。一系列结构定制的PIFS，可以用于监测脉搏、手指、步态和其它人体运动。

相关论文“Tailoring of photocurable ionogel toward high resilience and low hysteresis 3D printed versatile porous flexible sensor”发表于杂志Chemical Engineering Journal上。

3D打印复杂多孔结构

图1 3D打印定制PIFS

如图2所示，为了提高传感器的压缩应变能力，PIFS在设计上采用了以弯曲为主的晶格结构。在相同的表观体积下，具有晶格结构的柔性传感器重量约为实体结构的三分之一。具有晶格结构的PIFS表现出很好的弹性，更好的能量吸收能力，即使在被汽车碾压后也能迅速恢复，并且没有ILs从聚合物基体中泄漏。

图2 PIFS的压缩性能和灵敏度

图3 PIFS的传感性能

晶格结构的PIFS具有更好的压力灵敏度，它可用于检测极小的压力变化。如图4所示，研究人员设计了一系列结构定制的PIFS作为可穿戴传感器来监测人体运动。将具有多孔结构的柔性膜连接到腕部皮肤，以评估腕部的弯曲程度。传感器可以清楚地区分手腕的向前和向后弯曲姿势。将具有多孔网格结构的鞋垫放置在鞋子中，以记录人类的行走和跑步姿态。晶格结构的引入，使传感器足够轻巧，并改善了佩戴体验。

图4用于实时检测人体运动的3D打印定制PIFS

如图5所示，研究人员通过差示扫描量热法（DSC）测定了PIFS的玻璃化转变温度（Tg）。相对较低的Tg表明PIFS在低温环境中仍然可用。研究人员将手指套PIFS冷冻了一天，手指套PIFS依然能提供稳定且可逆的信号。PIFS在低温下具有更高的温度灵敏度，能检测到很小的温度变化，可用作温度传感器，实时监测温度。

图5 PIFS的感热特性和温度传感性能