应变测量（应变检测）

应变检测（应变测量）

尽管期望纳米复合机电传感器显示出合理的电导率和高灵敏度，但很少考虑从其响应中消除磁滞和应变率/频率依赖性。例如，石墨烯和聚硅氧烷的复合材料G-putty具有非常高的机电灵敏度，但由于滞回效应和与速率/频率有关的影响，其极高的粘弹性使其完全不适用于实际传感器。此处显示出可以将G-putty转换为墨水，并在弹性基材上将其打印为图案化的薄膜。印刷过程中石墨烯-聚合物相的部分偏析将薄膜电导率提高了×10 6与大体积相比，基片的机械作用在很大程度上抑制了磁滞现象，并完全消除了应变率和频率依赖性。这样就可以制造出实用的，高规格因子的可穿戴式传感器用于脉冲测量，以及用于低信号振动传感的带图案传感器。

Trinity物理学院的SFI先进材料和生物工程研究中心AMBER的研究人员已经使用其创新的G-Putty材料开发了下一代基于石墨烯的传感技术。该团队的印刷传感器的灵敏度比行业标准高50倍，并且在行业中被视为改变游戏规则的一项重要指标：灵活性方面，其性能优于其他同类的纳米传感器。

在不降低性能的情况下最大化灵敏度和灵活性，使团队的技术成为可穿戴电子设备和医疗诊断设备新兴领域的理想人选。

由全球领先的纳米科学家之一的三一大学物理学院的乔纳森·科尔曼教授领导的研究小组证明，他们可以生产出低成本的，印刷的石墨烯纳米复合应变传感器。

附着在皮肤上的柔性应变传感器

该团队开发了一种配制基于G-putty的油墨的方法，该油墨可以以薄膜形式印刷到弹性基材（包括创可贴）上，并易于附着在皮肤上。并创建和测试不同粘度（流动性）的油墨后，该团队发现他们可以根据印刷技术和应用来定制G-Putty油墨。

他们的研究结果发表在《Small》杂志上（"频率和速率无关的高性能应变传感器的可打印G-Putty"）。

医疗应变传感器

在医疗环境中，应变传感器是一种非常有价值的诊断工具，可用于测量机械应变的变化（例如脉搏频率）或中风患者吞咽能力的变化。应变传感器通过检测此机械变化并将其转换为成比例的电信号来工作，从而充当机电转换器。

尽管应变传感器目前在市场上有售，但它们大多由金属箔制成，这在耐磨性，多功能性和灵敏度方面都存在局限性。

科尔曼教授说："我和我的团队以前用橡胶带和腻子中发现的聚合物制造了石墨烯的纳米复合材料。现在，我们已将高度延展性的石墨烯共混的腻子G-putty转变为具有出色机械和电气性能的油墨共混物。我们的油墨的优势在于，可以使用工业印刷方法将它们转变为工作设备，从丝网印刷到气溶胶和机械沉积。

气溶胶喷射沉积

使用150um喷嘴，使用Optomec AJ300进行气溶胶喷射打印。

喷雾喷射印花的工作原理与喷射沉积类似，但有许多关键技术差异。在气溶胶喷墨打印的情况下，油墨是通过超声波和超声波雾化的通过惰性载气运输。然后，气溶胶被聚焦在空气的沉积头内该装置由环形鞘层气体构成，具有明显更高的分辨率。对于在这项工作中进行的沉积，使用冷却器将喷雾器设置为~450 mA设为10摄氏度，台板设为90摄氏度。载流量设置在10-14 sccm范围内，并且shealth流速在65-75 sccm范围内。减轻使用低沸点的影响溶剂，鼓泡器充满氯仿稳定油墨，而印刷。所有指纹以1毫米/秒的速度进行，需要5次通过才能在PDMS。

气溶胶喷雾沉积示意图。G-putty油墨通过改性油墨输送流入，通过氮气流雾化并沉积到所选基质上。墨水流量由枪主体侧面的触发器调节。

气溶胶喷射沉积示意图。G-putty油墨采用超声波雾化，然后通过惰性载气输送至尖端。然后使用二次鞘层气体限制羽流进行高分辨率沉积。

丝网印刷沉积示意图：将G型腻子油墨移开，用聚氨酯刮板，穿过通过印刷框架在基板上方升高的有图案的网。这个材料沉积在印刷台上的基板上。

"我们非常低成本的系统的另一个好处是，我们可以在制造过程中控制各种不同的参数，这使我们能够针对需要检测微小应变的特定应用调整材料的灵敏度。"

全球医疗设备市场的当前市场趋势表明，这项研究完全处于向个性化，可调节，可穿戴的传感器转移的方向，这些传感器可以轻松地集成到衣服中或穿在皮肤上。

2020年，可穿戴医疗设备市场的价值为160亿美元，尤其是在远程病人监护设备方面，其可观的增长将令人瞩目，人们对健身和生活方式监测的关注将日益增加。

该团队雄心勃勃地将科学工作转化为产品。Trinity物理学院的Daniel O'Driscoll博士补充说："这些传感器的开发代表了可穿戴诊断设备领域的一大进步-可以以自定义模式打印并可以舒适地安装在患者皮肤上以监测皮肤状况的设备。一系列不同的生物过程。

"我们目前正在探索监测实时呼吸和脉搏，关节运动和步态以及妊娠早期分娩的应用。由于我们的传感器兼具高灵敏度，稳定性和宽广的感应范围，并且能够在柔性，可穿戴的基板上印刷定制图案，因此我们可以根据实际应用定制传感器。用于生产这些设备的方法成本低廉且易于扩展，这是生产可广泛使用的诊断设备的基本标准。"

基于这些结果，科尔曼教授最近获得了欧洲研究委员会的概念验证资助，从而开始开发用于商业产品的原型。该小组的最终目标是确定潜在的投资者和行业合作伙伴，并围绕娱乐和医疗应用领域的技术形成一个衍生产品。