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3D打印连续碳纤维增强TPU超材料用于柔性多功能传感器

       柔性多功能纤维传感器在电子皮肤、人机交互等领域应用潜力巨大,但存在成本高、生产效率低、集成困难等挑战,且传统传感器多依赖短碳材料或碳纳米管,制备工艺复杂,功能单一,多功能集成需复杂结构优化与材料组合。来自西安交通大学机械工程学院的韩宾副教授团队,利用连续碳纤维(CCF)和热塑性聚氨酯(TPU),结合熔融沉积建模(FDM)3D打印技术与星形超材料设计,开发出柔性多功能传感器,该传感器通过CCF的压阻特性实现对机械压力、温度等外部刺激的敏感检测,解决了传统传感器的痛点。相关工作以“3D printed continuous carbon fiber reinforced TPU metamaterials for flexible multifunctional sensors”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。
 


研究要点
1. 研究背景与挑战:传统柔性传感器制备复杂、成本高且功能单一,需创新方案实现多功能集成。

2. 材料与结构设计:采用CCF/TPU复合材料结合星形超材料,通过FDM 3D打印制备柔性多功能传感器。

3. 性能与测试:传感器对应变(0-180%)、应力(0-1 MPa)、温度(30-100℃)响应良好,循环稳定性佳。

4. 应用与系统:用于监测人体关节运动,构建柔性传感系统控制机械臂,展现人机交互潜力。

5. 优势与意义:相比传统传感器,具材料简单、工艺简便、成本低等优势,推动可穿戴与工业传感发展。

文章来源:

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162767



 

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