Con la profunda integración y el desarrollo de la inteligencia artificial y las tecnologías de Internet de las cosas (IoT), los sensores de tensión flexibles y extensibles han atraído una amplia atención debido a sus posibles aplicaciones en la detección de movimiento humano, el diagnóstico médico, la interacción entre personas-computadoras y la piel electrónica. Los sensores de tensión funcionan convirtiendo estímulos mecánicos en señales eléctricas-como resistencia o capacitancia-a través de varios mecanismos de detección. Entre ellos, las galgas extensométricas resistivas se han convertido en un punto de investigación debido a su alta sensibilidad, bajo costo, estructura simple y facilidad de lectura.
Actualmente, una de las estrategias comunes para fabricar sensores de tensión flexibles de alto-rendimiento implica introducir microestructuras finas-como micropirámides, pliegues y microcolumnas-en la superficie del sustrato elástico para lograr una mayor sensibilidad y límites de detección más bajos. Sin embargo, los métodos tradicionales de fabricación de microestructuras-como el moldeado, la fotolitografía y el auto-ensamblaje-a menudo implican procesos engorrosos, que consumen mucho tiempo-y son costosos, lo que limita la fabricación rápida y la aplicación a gran-escala de sensores. Por el contrario, la tecnología de procesamiento láser ofrece un nuevo enfoque para la fabricación de dispositivos electrónicos flexibles debido a sus ventajas de alta velocidad, alta eficiencia, funcionamiento sin máscara-, bajo costo y alta flexibilidad. Sin embargo, depender únicamente de estrategias de procesamiento láser para lograr sensores de deformación que posean simultáneamente alta sensibilidad, alta capacidad de estiramiento, alta linealidad, respuesta rápida, baja histéresis y estabilidad a largo plazo-sigue siendo un desafío importante. Cómo lograr la optimización sinérgica de estas propiedades en condiciones de fabricación simples y de bajo costo-sigue siendo un desafío central en la investigación actual.
El equipo dirigido por Xie Xiaozhu de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Tecnológica de Guangdong ha propuesto un método sencillo,{0}}rentable y eficiente para desarrollar un sensor de deformación con alta sensibilidad, capacidad de estiramiento y buena estabilidad. Combinando la tecnología de escritura directa por láser con la impresión 3D, fabricaron con éxito un sensor de tensión flexible P-PDMS.
Este estudio desarrolló una estrategia de fabricación escalable y de bajo-costo que combina la escritura directa por láser y la tecnología de impresión 3D para preparar una variedad de sensores de tensión flexibles PDMS (P-PDMS) con patrones. Optimizamos los parámetros de fabricación, como el procesamiento láser y la impresión 3D, para preparar sensores con la mayor sensibilidad en un amplio rango de deformaciones. Bajo los parámetros del proceso de frecuencia de escaneo de 100 kHz, energía de pulso de 1,46 μJ, velocidad de escaneo de 5 mm/s y velocidad de impresión de 2,5 mm/s, el sensor preparado con microestructura compuesta exhibe una sensibilidad altamente lineal. En particular, la sensibilidad del sensor de tensión flexible de microestructura compuesta (PCM) es un 159 % mayor que la del sensor de microestructura única con patrón (PSLM) y un 339 % mayor que la del sensor sin patrón. En términos de respuesta dinámica, el sensor tiene un tiempo de respuesta de 140 ms (en comparación con los 362 ms del sensor sin patrón y los 244 ms del sensor de microestructura única), con un coeficiente de histéresis tan bajo como 0,023 y una excelente estabilidad del ciclo. Además, muestra una respuesta de temperatura estable y un límite de detección ultrabajo del 0,0125 %. Por lo tanto, nuestros sensores de tensión se pueden utilizar para detectar una variedad de movimientos humanos, incluidos movimientos de dedos, muñecas, rodillas y codos. El método de escritura directa por láser también tiene las ventajas de simplicidad, eficiencia y bajo costo, y muestra un gran potencial en el campo de los dispositivos electrónicos portátiles.
