3D打印連續(xù)碳纖維增強TPU超材料用于柔性多功能傳感器

來源：EFL生物3D打印與生物制造

柔性多功能纖維傳感器在電子皮膚、人機交互等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，但存在成本高、生產(chǎn)效率低、集成困難等挑戰(zhàn)，且傳統(tǒng)傳感器多依賴短碳材料或碳納米管，制備工藝復(fù)雜，功能單一，多功能集成需復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化與材料組合。來自西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院的韓賓副教授團隊，利用連續(xù)碳纖維（CCF）和熱塑性聚氨酯（TPU），結(jié)合熔融沉積建模（FDM）3D打印技術(shù)與星形超材料設(shè)計，開發(fā)出柔性多功能傳感器，該傳感器通過CCF的壓阻特性實現(xiàn)對機械壓力、溫度等外部刺激的敏感檢測，解決了傳統(tǒng)傳感器的痛點。相關(guān)工作以“3D printed continuous carbon fiber reinforced TPU metamaterials for flexible multifunctional sensors”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。

研究要點
1. 研究背景與挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)柔性傳感器制備復(fù)雜、成本高且功能單一，需創(chuàng)新方案實現(xiàn)多功能集成。

2. 材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計：采用CCF/TPU復(fù)合材料結(jié)合星形超材料，通過FDM 3D打印制備柔性多功能傳感器。

3. 性能與測試：傳感器對應(yīng)變（0-180%）、應(yīng)力（0-1 MPa）、溫度（30-100℃）響應(yīng)良好，循環(huán)穩(wěn)定性佳。

4. 應(yīng)用與系統(tǒng)：用于監(jiān)測人體關(guān)節(jié)運動，構(gòu)建柔性傳感系統(tǒng)控制機械臂，展現(xiàn)人機交互潛力。

5. 優(yōu)勢與意義：相比傳統(tǒng)傳感器，具材料簡單、工藝簡便、成本低等優(yōu)勢，推動可穿戴與工業(yè)傳感發(fā)展。

文章來源：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162767