无压烧结工艺对浆料直写式定向多孔铜组织及致密度的影响

管式炉无压烧结工艺对浆料直写(Direct ink writing,DIW)式定向多孔铜的组织和致密性起决定性作用。本工作通过浆料直写和烧结制备定向多孔铜,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对比高纯氩气和Ar-H_(2)混合气下烧结后的定向多孔铜的微观组织,分析烧结时定向多孔铜的氧化行为。在不同烧结参数下对定向多孔铜进行烧结处理,研究烧结温度以及保温时间对定向多孔铜致密度的影响规律。结果表明:在高纯氩气下烧结时,定向多孔铜发生严重氧化并生成Cu_(2)O,而Ar-H_(2)混合气通过还原作用有效避免定向多孔铜的氧化;烧结温度1100℃、保温时间6 h为最佳烧结工艺参数,在此条件下,定向多孔铜的致密度达到了87.2%,收缩率为33.3%。本研究可为管式炉无压烧结DIW打印多孔铜提供理论指导。

基于DIW工艺的ZrO_(2)/PDMS复合陶瓷材料可打印性能研究

针对ZrO_(2)材料应用于手机背板以及其他3C电子产品的需求,以氧化锆作为分散相,PDMS作为连续相,将墨水直写工艺与该复合陶瓷材料的成型制备方法相结合,研究ZrO_(2)/PDMS复合陶瓷材料的可打印性能。在试验研究中,对不同分散相含量的浆料进行流变测试,测试结果表明配制的浆料具有非牛顿流体特性,当ZrO_(2)体积分数在25%~30%时,浆料用于墨水直写打印时较易挤出且成型较好,此时浆料的储能模量在10^5~10^6Pa,临界屈服应力在142~264 Pa。在此基础上,研究了不同配比、针头直径与挤出速度对挤出纤维形貌的影响,结果表明纤维膨胀比与变形比随着分散相含量的增加而减少,随着针头直径与挤出速度的增加而增加;在低分散相含量时更容易达到材料的临界屈服应力,纤维膨胀比和变形比大,纤维表面缺陷少,高分散相含量时材料强度提高,纤维膨胀比和变形比低,但较难挤出,且容易出现熔体破裂现象。当ZrO_(2)体积分数为28%,针头直径为1 mm,挤出速度为6 mm/s时纤维成型质量最优,表明ZrO_(2)/PDMS复合陶瓷材料可用于墨水直写工艺,从而为后续陶瓷构件的制造奠定基础。

柔性织物压力传感器的制备及其性能研究

为改善基于织物的柔性可穿戴压力传感器在使用时的灵敏度、可靠性和可持续性,采用直写工艺设计和制作纳米银线叉指电极,并将其作为底电极;采用浸泡工艺制作纳米银线导电织物,将其作为压阻层。将两者组装成为压阻式柔性织物压力传感器,并测试相关性能。结果表明:施加不同的压力,压力传感织物的电流都是随着施加电压的增加而线性增加;压力传感织物具有较好的传感稳定性和重现性,对外力具有较好的响应性能和较高的灵敏度;柔性织物压力传感器在0.1 V的低电压下实现了出色的开关比,5 g砝码压力下快速响应性能较好。认为:制备的柔性压力传感器在可穿戴控制器和运动检测中具有潜在应用价值。

4D打印液晶弹性体工艺及其性能研究

液晶弹性体(Liquid crystal elastomers,LCEs)因其大且可逆的变形、响应速率快、优异的力学性能、各向异性以及驱动条件简单灵活等特点,在智能构件制造领域被认为具有广泛的应用潜力。为了提升液晶弹性体的成形能力,丰富液晶弹性体的变形模式及其设计方法,提出了利用墨水直写打印工艺编程液晶弹性体复杂变形模式的方法。制备了最大变形率达51%的主链型液晶弹性体,研制适合打印工艺编程的气压挤出高温墨水直写打印设备,探索了墨水直写打印工艺对液晶弹性体性能的影响规律。发现打印速率对液晶弹性体的变形率具有显著影响,随着打印速率的增大,变形率从12%逐渐增大到最大变形率51.8%后不再变化。此外,打印温度可使液晶弹性体的变形率在38.3%~51%之间变化,紫外光照时间可使凝胶分数最高到62.2%,而打印与紫外光照的间隔时间对材料的变形率没有影响。最后通过打印速率编程液晶弹性体弯曲行为,实现了液晶弹性体变形模式和行为的精确控制,证明了墨水直写打印工艺编程液晶弹性体复杂变形模式方法的可行性。