滑鐵盧大學的工程師使用 3D 打印和納米技術(shù)開發(fā)了一種堅固而靈活的傳感器。研究人員表示，新傳感器可用于各種可穿戴設備，從生命體征到運動表現(xiàn)監(jiān)測，同時提高舒適度。加州大學洛杉磯分校和英屬哥倫比亞大學的研究人員也參與了該項目。

滑鐵盧多尺度增材制造 （MSAM） 實驗室的研究主任、機械和機電一體化工程教授Ehsan Toyserkani 說：“橡膠-石墨烯傳感器可以與電子元件配對，制造出記錄心臟和呼吸的可穿戴設備。率，記錄運動員跑步時施加的力量，允許醫(yī)生遠程監(jiān)控患者，以及許多其他潛在應用。”

研究人員表示，這項新技術(shù)將硅橡膠與超薄石墨烯層相結(jié)合，制成了一種非常適合制造跑鞋腕帶或鞋墊的材料。

有機硅為生物監(jiān)測提供了靈活性和耐用性，并且具有高導電性，而納米級嵌入式石墨烯使其成為一種有效的傳感器。

研究人員表示，只有使用最先進的 3D 打印或增材制造、設備和工藝，才能制造出具有復雜內(nèi)部特征的硅橡膠結(jié)構(gòu)。“當橡膠材料彎曲或移動時，電信號由嵌入其工程蜂窩結(jié)構(gòu)中的高導電納米級石墨烯產(chǎn)生。”

然而，研究人員面臨一些挑戰(zhàn)。雖然浸涂多孔聚合物是一種將導電層與柔性聚合物基材集成的低成本且可擴展的方法，但產(chǎn)品會出現(xiàn)納米顆粒分層，并且隨著時間的推移會衰減。解決方案是開發(fā)一種制造方案，用石墨烯納米片對多孔硅傳感器進行表面摻雜。

在一篇研究論文中進一步解釋 道：“傳感器內(nèi)部采用熔融沉積建模 （FDM） 3D 打印的犧牲模具成型，具有有序、互連和曲折的內(nèi)部幾何形狀（即三重周期性最小表面）。模具經(jīng)過浸涂，將石墨烯轉(zhuǎn)移嵌入到硅橡膠 （SR） 表面。”

結(jié)果是在多孔有機硅樣品上形成了穩(wěn)定的涂層，可提供約 12 個月的長期電阻耐久性和對惡劣條件（暴露于有機溶劑）的高耐受性。傳感器還保持導電性——即使在超過 75% 的壓縮應變下——具有高應變可恢復性。

Elham Davoodi，工程博士。領(lǐng)導該項目的滑鐵盧大學學生表示，該傳感器可用于惡劣環(huán)境，包括極端溫度和濕度。“它甚至可以用你的衣服洗，”他說。

橡膠-石墨烯材料與 3D 打印工藝相結(jié)合，使定制設備能夠精確貼合用戶的體型。研究人員表示，與現(xiàn)有的可穿戴設備相比，這也將提高舒適度并降低制造成本。