革新可穿戴传感器：静电印刷实现超快无粘合剂制造
南佛罗里达大学机械工程助理教授Ying Zhong及团队发明无聚合物粘合剂印刷可穿戴传感器新法。他们称产品为e-skin。
Tech Briefs：是什么给了你用静电力印刷柔性传感器的灵感？
Ying Zhong教授： 我们有合作者用丝网印刷制造柔性器件——将功能粉末与粘合剂混合、加热、等待干燥，耗时很长。我们在找更快印刷方法，免去加热干燥。
我当时在做另一个有趣项目：用电晕放电处理聚合物薄膜表面。我们意识到电晕能产生独特强电场，能提起微小物体。这让我们想能否把干粉放在薄膜下直接吸附到基底——试了行得通。
我们发现个问题，意识到已在做的技术能解决。
Tech Briefs: 我觉得技术进步常这样发生。下个问题：颗粒吸附到基底后，怎么固定住？
Zhong: 如论文所述，我们用8微米厚医用胶带，有粘性涂层固定颗粒。太薄了，贴皮肤上感觉不到。
Tech Briefs: 制造时怎么整合不同种类传感器？
Zhong: 这印刷技术“通用”——能印不同功能材料。如用石墨烯或碳纳米管（CNTs），电阻率随应变变化。工作机制：应变改变颗粒间距，导致电阻变化反映传感器应变大小。
论文也报道基于热致变色粉末的温度传感器。如我所说，这是通用印刷技术——能印不同功能材料。现在演示印温敏纹身，温度变化变色。也在尝试印对湿度和氨气、一氧化碳等气体敏感的材料。
Tech Briefs: 想过商业化实施吗？似乎得造全新型3D打印机。
Zhong: 正与Jabil公司合作建卷对卷系统，可高速制造器件。因不用粘合剂，无需加热等干燥。用卷对卷系统印刷——产生静电力——可快速低成本制造柔性器件甚至3D结构。
Tech Briefs: 产生电晕所需高压难产生处理吗？
Zhong: 虽需20-30千伏产生电晕，电流极低<0.1mA——实验室设备<2瓦功耗——极节能。
Tech Briefs: 高压会不会造成伤害？
Zhong: 当然得管系统、覆盖所有周围导电区域。据观察，只要用绝缘层覆盖电极支架，效果很好——没遇太多麻烦。
Tech Briefs: 覆盖用什么材料？
Zhong: 目前实验室用绝缘胶带。未来计划造更好控制的表面涂层或绝缘支架，易做到。可用聚合物实现涂层，3D打印机造原型。我实验室有多个聚合物相关项目，应该容易。
Tech Briefs: 除了e-skin应变传感器，还有别的应用构想？
Zhong: 有。如与公司谈做智能应变感应地毯，因我们超低成本超快制造技术能印大面积产品而成实用。想法：地毯识站多少人，据此调整房间HVAC能耗。
也与同事合作康复应用。同事帮腿部控制困难者。因传感器超薄、极舒适、可做大面积穿戴。可帮他们识别如何更好控制腿部行为。
未来应用很多。如贴机器人手。想抓东西时，能感知施加压力和接触面积。
Tech Briefs: 粗略猜测何时商用？
Zhong: 正与Jabil在实验室建小卷对卷系统。若顺利，将在Jabil建厂大批量或大尺寸制造传感器。可能3-5年，但特别是现在难预测。
本访谈编辑版刊登于2022年1月Tech Briefs。
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