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3D printing-directed flexible strain sensors of accordion-like architecture to achieve ultrastretchability with the assist of ultrasonic cavitation treatment

材料科学 热塑性聚氨酯 熔融沉积模型 超声波传感器 软机器人 3D打印 空化 复合材料 碳纳米管 制作 弹性体 计算机科学 声学 机器人 人工智能 替代医学 病理 物理 医学
作者
Y F Qu,J H Ma,Y Q He,L Zhang,F C Ren,B Li
出处
期刊:Journal of physics [IOP Publishing]
卷期号:2085 (1): 012042-012042
标识
DOI:10.1088/1742-6596/2085/1/012042
摘要

Abstract A new class of accordion-like cellular architecture with sinusoidal struts is designed to enhance the planar stretchability of cellular solids, aiming to fabricate flexible strain sensors with ultrastretchability. The combination manufacturing process of fused deposition modeling (FDM) 3D printing technique and ultrasonic cavitation-enabled treatment was introduced into the fabrication of flexible strain sensors made of thermoplastic polyurethane (TPU) substrate and carbon nanotubes (CNTs). A negative Poisson’s ratio (NPR) architecture made of TPU was firstly 3D-printed by FDM. The ultrasonic cavitation treatment was then conducted on the soft auxetic structure immersing in CNTs liquid, aiming to embed the CNTs into the surface layer of the flexible TPU substrate with NPR configurations. Instead of 3D printing the TPU matrix composite after hybridization inside the matrix material, the hybrid manufacturing procedure can ensure that the intrinsic excellent mechanical properties of TPU are not embrittled. Besides, the sinusoidal struts in accordion-like cellular architectures offer a design route to extend the material property chart to achieve ultrahigh stretchability in lightweight 3D printable flexible polymers for the applications that require combined stretchability, lightweight, and energy absorption such as soft robotics, stretchable electronics, and wearable protection shields.
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