인공 지능과 사물 인터넷(IoT) 기술의 긴밀한 통합과 개발로 인해 유연하고 신축성이 뛰어난 스트레인 센서는 인간 동작 감지, 의료 진단, 인간{0}}컴퓨터 상호 작용 및 전자 피부 분야에 잠재적으로 응용될 수 있어 광범위한 주목을 받았습니다. 스트레인 센서는 다양한 감지 메커니즘을 통해 기계적 자극을-저항이나 정전 용량과 같은-전기 신호로 변환하여 작동합니다. 이 중 저항성 스트레인 게이지는 높은 감도, 저렴한 비용, 간단한 구조 및 판독 용이성으로 인해 연구의 핫스팟이 되었습니다.
현재 고성능 유연한 스트레인 센서를 제작하기 위한 일반적인 전략 중 하나는 탄성 기판 표면에 마이크로 피라미드, 접힘, 마이크로 컬럼과 같은 미세한 미세 구조-를 도입하여 감도를 높이고 감지 한계를 낮추는 것입니다. 그러나 성형, 포토리소그래피, 자체 조립-과 같은-기존 미세 구조 제조 방법은 번거롭고 시간이 많이 걸리며 비용이 많이 드는 프로세스를 포함하는 경우가 많아 신속한 제작과 센서의 대규모 적용이-제한됩니다. 반면, 레이저 가공 기술은 고속, 고효율, 마스크 없는 작동, 저비용, 높은 유연성 등의 장점으로 인해 유연한 전자 장치 제조에 새로운 접근 방식을 제공합니다. 그럼에도 불구하고, 높은 감도, 높은 신축성, 높은 선형성, 빠른 응답, 낮은 히스테리시스 및 장기 안정성을 동시에 보유하는 스트레인 센서를 달성하기 위해 레이저 처리 전략에만 의존하는 것은 여전히 중요한 과제로 남아 있습니다. 간단하고 저비용의 제조 조건에서 이러한 특성의 시너지 최적화를 달성하는 방법은 현재 연구의 핵심 과제로 남아 있습니다.
광동공과대학교 기계전기공학부의 Xie Xiaozhu가 이끄는 팀은 높은 감도, 신축성 및 우수한 안정성을 갖춘 스트레인 센서를 개발하기 위한 간단하고 비용 효과적이며 효율적인 방법을 제안했습니다. 레이저 직접 쓰기 기술과 3D 프린팅을 결합하여 P-PDMS 유연한 스트레인 센서를 성공적으로 제작했습니다.
이 연구에서는 다양한 패턴의 PDMS(P{2}}PDMS) 유연한 스트레인 센서를 준비하기 위해 레이저 직접 쓰기와 3D 프린팅 기술을 결합하는 저비용 및 확장 가능한 제조 전략을 개발했습니다. 우리는 레이저 처리 및 3D 프린팅과 같은 제조 매개변수를 최적화하여 넓은 변형률 범위에 걸쳐 최고의 감도를 갖춘 센서를 준비했습니다. 스캐닝 주파수 100kHz, 펄스 에너지 1.46μJ, 스캐닝 속도 5mm/s 및 인쇄 속도 2.5mm/s의 공정 매개변수에서 준비된 복합 미세 구조의 센서는 높은 선형 감도를 나타냅니다. 특히 복합 마이크로구조(PCM) 플렉서블 스트레인 센서의 민감도는 패턴화된 단일 마이크로구조(PSLM) 센서에 비해 159%, 비패턴 센서에 비해 339% 더 높다. 동적 응답 측면에서 센서의 응답 시간은 140ms(패턴리스 센서의 경우 362ms, 단일 미세구조 센서의 경우 244ms)이며, 히스테리시스 계수가 0.023으로 낮고 사이클 안정성이 뛰어납니다. 또한 안정적인 온도 반응과 0.0125%의 매우 낮은 감지 한계를 나타냅니다.- 따라서 당사의 스트레인 센서는 손가락, 손목, 무릎, 팔꿈치의 움직임을 포함한 다양한 인간의 움직임을 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 레이저 직접 필기 방식 역시 단순성, 효율성, 저비용 등의 장점을 갖고 있어 웨어러블 전자소자 분야에서 큰 가능성을 보이고 있다.
