氣溶膠3D打印多孔薄膜：顯著提升應(yīng)變儀靈敏度和耐熱性

南極熊2018年1月15日訊/卡耐基梅隆大學(xué)（CMU）、德克薩斯州埃爾帕索大學(xué)，以及華盛頓州立大學(xué)的研究人員近日合作利用3D打印技術(shù)將應(yīng)變儀的靈敏度提升到了前所未有的水平。

應(yīng)變儀一般又稱作電阻應(yīng)變儀，被廣泛用于材料的力學(xué)性能檢測(cè)。實(shí)際使用時(shí)，它會(huì)被貼在物體表面。一旦受到力的作用，其中的電阻便會(huì)改變。而通過(guò)測(cè)量這種改變就能計(jì)算出應(yīng)變值的大小。

應(yīng)變儀通常由固體材料制成，并且有一個(gè)性能方面的通用標(biāo)準(zhǔn) — 泊松比（材料在單向受拉或受壓時(shí)，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的絕對(duì)值的比值，也叫橫向變形系數(shù)，是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)），而它就代表了應(yīng)變儀的最大靈敏度。固體材料的最大泊松比約為0.5。但利氣溶膠噴射3D打印方法，CMU團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建出了一種新的多孔膜結(jié)構(gòu)，具有更高的泊松比。

氣溶膠3D打印通過(guò)數(shù)字控制空氣動(dòng)力學(xué)聚焦，精確地將電子墨水沉積到基礎(chǔ)材料上。通過(guò)納米顆粒的受控?zé)Y(jié)，整個(gè)過(guò)程可以確定固體結(jié)構(gòu)的確切孔隙度。這幫助CMU團(tuán)隊(duì)成功優(yōu)化了在應(yīng)變儀中使用的薄膜的結(jié)構(gòu)收縮量。而這個(gè)量越大，應(yīng)變儀的靈敏度就會(huì)越高。

“得益于薄膜的高孔隙率，我們實(shí)現(xiàn)了有效值高達(dá)0.7的泊松比。這就意味著對(duì)于一個(gè)給定的薄膜，我們可以實(shí)現(xiàn)高出40％的橫向收縮量。而這就能有效提高應(yīng)變儀的靈敏度?！癈MU機(jī)械工程抓野副教授Rahul Panat表示。

值得一提的是，這項(xiàng)研究還成功改善了應(yīng)變儀的耐高溫性 — 采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變儀很容易受熱變形導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤，但新的3D打印應(yīng)變儀就不會(huì)有這樣的問(wèn)題。這無(wú)疑就進(jìn)一步擴(kuò)大它們的潛在應(yīng)用范圍。

▲真正的3D打印應(yīng)變儀

“材料天然就會(huì)因受熱而膨脹，但我們的這種3D打印多孔薄膜情況就要好得多，”P(pán)anat屆時(shí)說(shuō)，“所以，采用它的應(yīng)變儀在高溫環(huán)境中的出錯(cuò)幾率會(huì)大大降低。”

編譯自 3ders