气溶胶喷射3D打印方法制备应变仪:显著提升灵敏度和耐热性

近日,卡耐基梅隆大学(CMU)、德克萨斯州埃尔帕索大学,以及华盛顿州立大学的研究人员合作利用3D打印技术将应变仪的灵敏度提升到了前所未有的水平。

应变仪一般又称作电阻应变仪,被广泛用于材料的力学性能检测。实际使用时,它会被贴在物体表面。一旦受到力的作用,其中的电阻便会改变。而通过测量这种改变就能计算出应变值的大小。

气溶胶喷射3D打印方法制备应变仪:显著提升灵敏度和耐热性

应变仪通常由固体材料制成,并且有一个性能方面的通用标准 — 泊松比(材料在单向受拉或受压时,横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值,也叫横向变形系数,是反映材料横向变形的弹性常数),而它就代表了应变仪的最大灵敏度。固体材料的最大泊松比约为0.5。但利气溶胶喷射3D打印方法,CMU团队创建出了一种新的多孔膜结构,具有更高的泊松比。

气溶胶喷射3D打印方法制备应变仪:显著提升灵敏度和耐热性

气溶胶3D打印通过数字控制空气动力学聚焦,精确地将电子墨水沉积到基础材料上。通过纳米颗粒的受控烧结,整个过程可以确定固体结构的确切孔隙度。这帮助CMU团队成功优化了在应变仪中使用的薄膜的结构收缩量。而这个量越大,应变仪的灵敏度就会越高。

气溶胶喷射3D打印方法制备应变仪:显著提升灵敏度和耐热性

得益于薄膜的高孔隙率,研究人员实现了有效值高达0.7的泊松比。这意味着对于一个给定的薄膜,可以实现高出40%的横向收缩量,而这就能有效提高应变仪的灵敏度。

气溶胶喷射3D打印方法制备应变仪:显著提升灵敏度和耐热性

值得一提的是,这项研究还成功改善了应变仪的耐高温性 — 采用传统结构的应变仪很容易受热变形导致测量错误,但新的3D打印应变仪就不会有这样的问题。这无疑就进一步扩大它们的潜在应用范围。

来源:南极熊

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