針對復合導電材料CNT/PDMS應用于柔性傳感以及復雜結(jié)構(gòu)設(shè)計的需求,將直寫打印技術(shù)與該復合導電材料的成型制備方法結(jié)合起來,研究了CNT/PDMS復合材料的打印工藝和電阻傳感性能。在試驗研究中,首先配置了不同CNT含量的打印墨水,并對打印墨水的流變性及材料導電性進行測試,試驗結(jié)果表明配置的打印墨水均具有粘彈性以及剪切變稀的性質(zhì),其中以CNT質(zhì)量分數(shù)為7%的墨水用于直寫打印時兼具導電性好易擠出且成型好的特點。通過單點成線試驗,設(shè)置3D打印機參數(shù)為:掃描速度為10mm/s,擠出氣壓為0.3MPa。在此基礎(chǔ)上,進行簡單平面條狀、二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及立體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的打印,對打印的條狀結(jié)構(gòu)進行溫度和單軸拉伸試驗,在不同的溫度和拉伸率下打印件均表現(xiàn)有電阻傳感特性;對網(wǎng)格狀電路進行柔性電路性能測試,在對其施加6 V左右電壓時,無論網(wǎng)格電路處于伸展還是彎曲狀態(tài)均能表現(xiàn)出良好的導電性能;對打印的立體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進行壓力傳感試驗,結(jié)果表明復合材料有良好的壓敏特性。性能表征結(jié)果證明該打印工藝可行,從而為后續(xù)該材料的復雜結(jié)構(gòu)制造以及在柔性傳感電子設(shè)備中的應用奠定基礎(chǔ)。 

【文章來源】：機械工程學報. 2020,56(15)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

不同CNT質(zhì)量分數(shù)的復合材料導電率同時打印墨水的黏度也可以通過對CNT質(zhì)量分

絲線寬度。由上式可知，打印的單條線寬d與擠出氣壓Q正相關(guān)，而與掃描速度V負相關(guān)，故其大小取決于Q與V的耦合作用。2復合材料的可打印性探究2.1CNT/PDMS的導電性和流變性首先對不同CNT含量的復合材料進行導電性和可打印性進行分析，在圖3中，測量了CNT質(zhì)量分數(shù)對復合材料導電率的影響，證明了復合材料的導電率可以隨CNT質(zhì)量分數(shù)的增加而快速增強。圖3不同CNT質(zhì)量分數(shù)的復合材料導電率同時打印墨水的黏度也可以通過對CNT質(zhì)量分數(shù)的控制來實現(xiàn)，如圖4中所示不同質(zhì)量分數(shù)CNT打印墨水的流變性能測試，結(jié)果表示摻雜了一定比例的CNT的復合墨水的黏度隨著剪切速率的增加均有明顯降低，具有剪切變稀的特性，可以用于直寫打櫻圖4不同質(zhì)量分數(shù)CNT聚合物流變特性

機械工程學報第56卷第15期期100在試驗中發(fā)現(xiàn)，用高質(zhì)量分數(shù)CNT(7%)的墨水擠壓出的細絲能夠保持它們的擠壓形狀，但當CNT的含量高于7%時，打印墨水的黏度會比較大從而難以從噴頭中擠出，用較低質(zhì)量分數(shù)CNT(5%以下)的墨水擠出來的纖維會有外溢現(xiàn)象的發(fā)生。綜合考慮墨水的導電能力與3D擠出成型能力，本研究中選用了CNT含量為7%的打印墨水。利用斷口掃描電鏡(SEM)觀察了CNT/PDMS復合材料的內(nèi)部構(gòu)成。從圖5可以看出，CNT在PDMS基體中分布良好，CNT在PDMS基體中形成導電網(wǎng)絡(luò)。圖5復合材料的橫截面SEM圖像2.2CNT/PDMS絲線打印控制工藝在試驗中發(fā)現(xiàn)，當掃描速度過低時，會發(fā)生絲線堆積或由于噴口處剪切應力分布不均出現(xiàn)線圈狀纏繞現(xiàn)象；當掃描速度過高時，絲線表現(xiàn)為斷斷續(xù)續(xù)的虛線，只有在掃描速度適中時，才能得到粗細均勻的平直線條。經(jīng)過多次的試驗后發(fā)現(xiàn)，掃描速度在8～20mm/s之間時可以得到合適的線條效果。從圖6可見，在固定擠出氣壓下為0.3MPa時，當掃描速度從8mm/s逐漸上升至20mm/s，絲線寬度也從0.78mm下降至0.32mm，可見絲線寬度與掃描速度基本成反相關(guān)關(guān)系。圖6線寬與掃描速度的關(guān)系擠出流量對絲線的影響與掃描速度的影響類似，當擠出流量由小變大時，絲線同樣會經(jīng)歷斷續(xù)或者堆積等狀態(tài)。在固定噴嘴高度，設(shè)定掃描速度為10mm/s的基礎(chǔ)上，調(diào)試不同的擠出氣壓，觀察打印的絲線狀態(tài)。測量結(jié)果如圖7所示，試驗數(shù)據(jù)表明當擠出氣壓從0.25MPa上升至0.4MPa時，打印的線條均為連續(xù)直線，基本未出現(xiàn)斷續(xù)或堆積的絲線，并且線寬與流量基本呈正相關(guān)關(guān)系。圖7線寬與擠出氣壓的關(guān)系在之后的打印中，?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]離子凝膠材料的三維打印工藝[J]. 羅斌,夏華翅,陳花玲,朱子才,何西銘,李滌塵.  機械工程學報. 2018(17)
[2]光驅(qū)動軟體結(jié)構(gòu)增材制造工藝研究[J]. 徐雪杰,羅斌,陳花玲.  西安交通大學學報. 2018(08)



本文編號：3352031