Een groeiend aantal bedrijven en onderzoeksgroepen wereldwijd ontwikkelt nu conforme sensoren op basis van composietmaterialen, die een breed scala aan mogelijke toepassingen kan hebben. Composiet materialen, die gemaakt van twee of meer stoffen, hebben vaak unieke en voordelige eigenschappen die verschillen van die van hun afzonderlijke componenten.

Eerdere studies hebben aangetoond dat composietmaterialen die polymeermatrices en geleidende vulstoffen bevatten bijzonder veelbelovend zijn voor de ontwikkeling van conforme sensoren, omdat ze op grote schaal kunnen worden afgedrukt. Een belangrijk voordeel van sensoren gemaakt van deze materiaalklasse is dat ze kunnen worden geïntegreerd in geometrisch complexe of flexibele systemen, zoals draagbare apparaten en zachte robots.

Onderzoekers van Yale University hebben onlangs een aanpak geïntroduceerd die de duurzame productie van conforme sensoren voor zachte robotica-toepassingen mogelijk maakt. Deze aanpak, gepresenteerd in een Wetenschap Robotica papier, omvat het gebruik van een op ethanol gebaseerde Pickering-emulsie die spontaan coaguleert, het creëren van een geleidend composiet dat gemakkelijk kan worden geprint op zachte robotsystemen.

"Bij het printen van composietmaterialen worden over het algemeen oplosmiddelen gebruikt, zoals tolueen of cyclohexaan, om de polymeerhars op te lossen en het materiaal te verdunnen tot een afdrukbare viscositeit, schreven de onderzoekers in hun paper. "Echter, dergelijke oplosmiddelen veroorzaken het zwellen en ontleden van de meeste polymeersubstraten, beperking van de bruikbaarheid van de composietmaterialen. Bovendien, veel conventionele oplosmiddelen zijn giftig of vormen anderszins gezondheidsrisico's."

Zich bewust van de uitdagingen die zich voordoen bij het printen van composietmaterialen met oplosmiddelen, de onderzoekers van Yale bedachten een nieuwe aanpak die de productie van sensoren op een efficiëntere en duurzamere manier mogelijk zou maken. De strategie die ze ontwikkelden is gebaseerd op het gebruik van een op ethanol gebaseerde Pickering-emulsie die spontaan stolt, het creëren van een geleidend composiet dat kan worden geprint in verschillende soorten sensoren.

"De Pickering-emulsie bestaat uit geëmulgeerde polymeerprecursoren die worden gestabiliseerd door geleidende nanodeeltjes in een ethanoldrager, ' schreven de onderzoekers in hun paper. 'Bij verdamping van de ethanol, de voorlopers komen vrij, die vervolgens samenvloeien tussen nanodeeltjesnetwerken en spontaan polymeriseren in contact met het atmosferische vocht."

Toen ze hun nieuwe sensorproductiestrategie hadden uitgestippeld, de onderzoekers printten de zelfcoagulerende Pickering-emulsie in een aantal polymere systemen, inclusief traditionele textielmaterialen en zachte actuatoren. De geleidende substantie die ze gebruikten gaf deze systemen detectiemogelijkheden, wat resulteert in verschillende soorten conforme sensoren.

Tot dusver, de onderzoekers hebben hun productiebenadering gebruikt om met composiet doordrenkte kinesiologietape te maken, kniebeschermers en katoenen handschoenen. Ze pasten dezelfde strategie ook toe om zachte robothuiden te fabriceren, genaamd OmniSkins, door de geleidende emulsie op mousseline stof te printen en actuatoren erop te bevestigen.

Bij voorproeven is de op emulsie gebaseerde detectiesystemen van Pickering, ontwikkeld door de onderzoekers, bereikten een opmerkelijke spanningsgevoeligheid en verwaarloosbare hysterese, die zeer wenselijke eigenschappen zijn voor de meeste draagbare technologieën en zachte robotica-toepassingen. In de toekomst, de nieuwe productiestrategie die in dit recente document is geïntroduceerd, zou een duurzamere ontwikkeling van innovatieve en goed presterende detectietechnologieën mogelijk kunnen maken, inclusief zachte robothuiden en kledingstukken met detectiemogelijkheden.

© 2020 Wetenschap X Netwerk