3D打印仿生在線智能監(jiān)測技術(shù)

作者： 趙洪炯，魯中良

對重大裝備的服役狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測是保障安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。而面向設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)感知與獲取的高性能傳感器是制約這一領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。但由于傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器難以滿足復(fù)雜環(huán)境、高可靠、多數(shù)據(jù)融合的問題，目前工程中一般采用定期離線式檢測手段獲得設(shè)備的健康狀態(tài)，尚不能實現(xiàn)對設(shè)備安全狀態(tài)的實時快速決策。作為醫(yī)療監(jiān)測、人機界面和軟機器人的重要平臺，電子皮膚已被廣泛研究。然而，在柔性襯底上無掩模地形成圖案化活性材料而不涉及高成本和復(fù)雜的工藝仍然是開發(fā)電子皮膚的巨大挑戰(zhàn)。
華東理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院軒福貞教授通過激光直寫（LDW）技術(shù)直接將柔性襯底轉(zhuǎn)化為傳感材料，成功制備了基于SiC的應(yīng)變傳感器陣列，其創(chuàng)新之處在于利用激光的定域加熱作用，將柔性襯底直接轉(zhuǎn)化為傳感材料，同時配以激光直寫路徑規(guī)劃，制備出基于SiC的傳感陣列。與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝相比，此方法具有制備工藝簡單、成本低，與柔性襯底兼容的特點。

  

圖1成型原理及成型樣品

柔性襯底上活性材料的直接合成技術(shù)得益于LDW誘導(dǎo)的硅氧烷向SiC的轉(zhuǎn)化。在0.8W的激光功率和1.25 mm/s的掃描速度下成型的SiC傳感器件具有最高約為2.47×105的靈敏度。當(dāng)它安裝在人體皮膚上時，能夠監(jiān)測外部刺激和人體的健康狀況。通過一種具有3×3 SiC觸覺傳感器陣列的LDW器件，進(jìn)一步證明了其在電子皮膚中的潛在應(yīng)用。

圖2 在線監(jiān)測實驗

參考文獻(xiàn)
Gao Y, Li Q, Wu R, et al. Laser Direct Writing of Ultrahigh Sensitive SiC‐Based Strain Sensor Arrays on Elastomer toward Electronic Skins[J]. Advanced Functional Materials, 2019: 1806786.

供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室