韓國成均館大學(xué)材料科學(xué)與工程系的金美素（Miso?Kim）教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出基于3D打印技術(shù)的新一代柔性陶瓷復(fù)合材料傳感器的研究成果。該團(tuán)隊(duì)利用數(shù)字光處理（Digital Light Processing, DLP）3D打印工藝，結(jié)合高介電陶瓷、光固化柔性樹脂和導(dǎo)電填料，開發(fā)出廣泛應(yīng)用的柔性陶瓷復(fù)合材料壓力傳感器。
DLP是一種使用特定波長光源來固化光敏樹脂的3D打印技術(shù)，能夠快速形成高分辨率和精確形狀的三維結(jié)構(gòu)。DLP工藝具有高效、多材料兼容的優(yōu)點(diǎn)，適用于醫(yī)療、工程和電子設(shè)備等領(lǐng)域。智能醫(yī)療、可穿戴設(shè)備和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域?qū)θ嵝愿咝阅軌毫鞲衅鞯男枨蟛粩嘣黾?。傳統(tǒng)的陶瓷復(fù)合材料制造工藝復(fù)雜且成本高，而DLP 3D打印技術(shù)可以快速制造各種結(jié)構(gòu)的陶瓷復(fù)合材料原型。
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了適用于光固化3D打印的光敏樹脂，混合了商用柔性樹脂和4-丙烯酰嗎啉（ACMO）單體，并加入了鈦酸鋇粉末和碳納米管（MWCNT）作為導(dǎo)電填料，制備出具有高介電特性的柔性陶瓷復(fù)合材料。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種對稱的沙漏結(jié)構(gòu)，通過有限元分析優(yōu)化應(yīng)力分布，并利用DLP 3D打印工藝制作該結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在低壓力下表現(xiàn)出較大變形，在廣泛的壓力范圍內(nèi)具有高靈敏度。最終制備的沙漏結(jié)構(gòu)傳感器以8x8陣列形式實(shí)現(xiàn)，對外部小壓力具有高靈敏度，能夠在反復(fù)的低壓環(huán)境中穩(wěn)定且可靠地工作。
該研究通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了柔性陶瓷復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和物性控制，適用于廣泛壓力范圍的柔性壓力傳感器。未來，通過調(diào)整材料和組件比例，這種技術(shù)可以應(yīng)用于更多類型的傳感器和能量裝置。研究得到韓國研究基金會中堅(jiān)研究者支持項(xiàng)目和STEAM研究項(xiàng)目（BRIDGE融合研究開發(fā)）的資助，研究成果發(fā)表在國際頂級期刊《Composite Part B: Engineering》。DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111595