西交大科研团队在3D打印超耐磨柔性传感器领域取得进展

近年来，物联网、工业4.0、大数据、人工智能、机器人和数字健康等领域的进步，柔性可穿戴传感器引起了科研人员的大量关注。由于日常穿戴及运动过程产生的磨损继而引发其失效的问题仍然是制约其应用的关键因素之一。改变复合材料中增强颗粒的取向和分布可望提升机械负载方向的力学性能。然而，与牙齿、骨骼和贝壳等天然结构相比，其效果仍然很差。生物界中，鲍鱼具有坚韧的外壳能承受巨大的外力，外壳的珍珠层和棱柱层交叉排列提供了优异的力学性能，受此启发，仿照其结构制备在三维方向适应分布的复合材料，调控获得局部定制化使其兼具耐磨特性，并以此作为传感器的封装层，有望极大提升传感器的服役寿命。

西安交通大学秦立果团队和杨森团队采用磁辅助3D打印定制化打印区域的机械性能，所制备的传感器封装层耐磨性能远超同类。研究团队创新性地在打印体系内加入由磁诱导制备的二维纳米链条作为增强相，在不增加柔性基底刚度的同时，克服其摩擦系数高（本工作比纯聚二甲基硅氧烷降低了27.7%）及耐磨性差的难题。在长时间的寿命试验中，定制化的传感器表现出了优异的抗磨损性能，定制化的封装层可以推广至更多的柔性穿戴器件。在传感层方面，利用分子动力学揭示了液态金属本征亲柔性基底的特点，通过机械外力破除其氧化层使其更好地与基底粘接，实现可控的液态金属打印。这一工作为可穿戴设备长期服役带来了一种新的设计方法，可以有效地保护传感器延长其使用寿命，推动柔性穿戴设备领域发展。

近日，相关研究成果以《磁辅助3D打印超耐磨柔性传感器》（Magnetically Assisted 3D Printing of Ultra-Antiwear Flexible Sensor）为题发表于国际权威期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。西安交通大学现代设计及转子轴承教育部重点实验室为第一通讯单位，西安交通大学机械学院在读博士生马泽宇为第一作者，秦立果副教授和物理学院杨森教授为共同通讯作者。西安交通大学张小栋教授、董光能教授和张垠副教授为论文共同作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、西安交通大学领军人才培育计划和中央高校基本科研业务费等项目的支持，西安交通大学分析测试中心为该研究提供了表征支持。该项工作是团队在《美国化学会•应用材料与界面杂志》（ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 47, 54952–54965）上发表关于3D打印功能表面柔性电子器件之后的又一重要研究成果。