Ultraflexible Sensor Development via 4D Printing: Enhanced Sensitivity to Strain, Temperature, and Magnetic Fields

材料科学 标度系数 灵敏度(控制系统) 热导率 纳米技术 检出限 热的 光电子学 制作 复合材料 电子工程 病理 气象学 工程类 物理 统计 医学 替代医学 数学
作者
Yanbei Hou,Hancen Zhang,Kun Zhou
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202411584
摘要

Abstract This paper addresses the trade‐off between sensitivity and sensing range in strain sensors, while introducing additional functionalities through an innovative 4D printing approach. The resulting ultraflexible sensor integrates carbon nanotubes/liquid metal hybrids and iron powders within an Ecoflex matrix. The optimization of this composition enables the creation of an uncured resin ideal for Direct Ink Writing (DIW) and a cured sensor with exceptional electromechanical, thermal, and magnetic performance. Notably, the sensor achieves a wide linear strain range of 350% and maintains a stable Gauge Factor of 19.8, offering an ultralow detection limit of 0.1% strain and a rapid 83‐ms response time. Beyond superior strain sensing capabilities, the sensor exhibits outstanding thermal endurance for temperatures exceeding 300 °C, enhanced thermal conductivity, and a consistent resistance‐temperature relationship, making it well‐suited for high‐temperature applications. Moreover, the inclusion of iron particles provides magnetic responsiveness, enabling synergistic applications in location and speed detection, particularly in home care. Leveraging DIW facilitates the creation of complex‐shaped sensors with multiple functional materials, significantly broadening the sensor's capabilities. This convergence of additive manufacturing and multifunctional materials marks a transformative step in advancing the performance of next‐generation sensors across diverse domains.

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