一组研究人员最近在《华尔街日报》发表了一篇论文加法制造证明使用的可行性三维(3 d)印刷聚合物光纤传感应用。
研究:3 d印制聚合物复合光纤传感应用。图片来源:asharkyu / Shutterstock.com
背景
温度传感器广泛用于多个应用程序,如医疗诊断、发电机、空调、汽车行业确定意想不到的故障或失败并保持最佳的工作条件。
虽然电传感器通常用于温度传感,他们不太有效的在严酷的环境下,无法提供准确的读数由于磁场和电子干扰。
光纤传感器可以在严酷的环境下操作时不受电磁干扰的影响,拥有遥感能力。光纤是灵活的、轻量级和紧凑,使其适合作为传感器。
例如,白光干涉仪,glass-optical光纤温度传感器,Febry-Perot干涉仪灵敏度高。然而,光纤耐久性问题和机械扰动影响较小。
聚合物光纤传感器可用于克服这些问题,这些传感器仍不受任何外界干扰影响由于其出色的效率和强大的力量。虽然聚合物纤维显示低灵敏度,它们是可重用的和相对准确。
聚合物光纤传感器可以通过成型或图纸施工。加法制造(点)/ 3 d印刷过程已经从根本上改变了光学分析的发展和传感设备通过允许制造定制的光学系统的光学设备或组件。
开源的3 d打印机允许使用定制的材料,满足目标需求的应用程序。欧洲杯足球竞彩不同的3 d打印技术,如数字光处理(DLP) stereolithographic装置(SLA),蒙面stereolithographic装置(MSLA)和熔丝加工(FFF)可以用于印刷聚合物光纤。
在这些技术中,MSLA更合适,因为它是最快的技术和最高的分辨率。此外,各种材料可以很容易地定制MSL欧洲杯足球竞彩A对于复杂的功能,使识别不同的材料组成的可能性。因此,MSLA可以有效的功能化聚合物复合材料的制造。
Stimuli-responsive材欧洲杯足球竞彩料显示对特定的外部诱因,如磁场、电场、光、离子温度,或pH值,可以被纳入树脂期间或之后的合成树脂添加传感能力或multi-functionalities进入3 d印刷结构。
这项研究
在这项研究中,研究人员制作的热变色聚合物光纤温度传感应用程序使用开源MSLA 3 d打印机。可逆热变色微粉被纳入3 d打印聚乙二醇丙烯酸(PEGDA) / polyhydroxyethyl丙烯酸甲酯制成(水凝胶)光固化树脂热传感功能添加到光纤制作的。
光学、机械和物理性能的纤维制作的3 d印刷特点,和定量热光学分析传感能力的纤维进行25-32°C的温度范围。研究人员还建立了一个光强度和弯曲角之间的相关性来演示的应变传感能力的纤维。
选择水凝胶由于其灵活性和良好的生物相容性,而PEGDA、灵活和长链聚合物适合photopolymerizable聚合物的制造,被选中参与交联丙烯酸-。传真照片会引发光聚合反应在385 - 420 nm紫外线(UV)光。热变色颜料无毒,对温度敏感。
光固化树脂PEGDA /合成丙烯酸-通过混合剂trimethylbenzoyl diphenylphosphine氧化物(TPO) PEGDA,丙烯酸-在室温下的3 d打印PEGDA /丙烯酸-主要光学纤维。
随后,热变色粉的红、蓝、绿颜色被添加到好PEGDA /丙烯酸-树脂搅拌条件。最后的样本指定基于热变色的颜色粉添加到每个sampleFiveve样本印刷在这项研究中,包括透明PEGDA /丙烯酸-没有任何粉、蓝色/红色PEGDA /丙烯酸-丙烯酸-红PEGDA /,绿色PEGDA /丙烯酸-蓝色- PEGDA /。
光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM),紫外可见分光光度计、x射线衍射仪和单轴拉伸机(UTM)是用于描述的材料和制作样品。欧洲杯足球竞彩一个定制的光学设置了调查的热响应聚合物纤维制作的。
观察
功能化PEGDA /丙烯酸-主要热变色光纤应变和温度传感应用成功的使用MSLA 3 d印刷方法。的纤维非常灵活,由于基高分子材料的弹性性质的加工利用。欧洲杯足球竞彩
没有观察到的形态差异的彩色粉末用于这项研究。所有颜料显示在他们的透射光谱特征基于它们的颜色,和这样的下降也观察到在两个打印包含这些颜色的纤维。示例包含两个红色和蓝色颜料粉造成的更大的下跌显示下降的粉末的结合。
热变色粉水晶,当所有的3 d打印样本非晶态。树脂和热变色之间没有反应发生在3 d印刷过程和photocuring粉末。
聚合物光纤的强度降低后的热变色粉末。透明PEGDA /水凝胶样品展示了最高的强度和弹性模量,而红/蓝PEGDA /水凝胶样品显示最少的强度和弹性模量由于热变色粉的浓度最高。
球形微粒热变色粒子与极低的炭黑在聚合物基质聚集。欧洲杯猜球平台他们的形状和结构仍几乎类似于原始粉末即使分散。此外,3 d印刷层有效融合,而且没有观察到气孔之间的层,这说明成功制造聚合物热变色纤维。
区分颜色被观察到25oC /室温在所有样本。然而,样品在32成了透明oC和是没有区别的。的影响是可逆的颜色又成了样品冷却到室温时可见。热敏的属性显示的纤维即使他们受到多重冷却和加热周期。
纤维的反射率增加与温度升高,成为常数32oC作为他们的光学吸收减少。因此,温度和反射强度显示一个线性关系。
纤维远程测量液体的温度变化与25-32精度高oC温度范围,这说明使用这些纤维的可行性在生物环境中温度测量。红,绿,蓝(RGB)值增加而上升的温度在所有样本,表明样品由于热变色反应的透明度。
所有样品的光强度显著减少时,聚合物纤维受到弯曲条件下,最高的绿色和蓝色降低光纤。此外,增加弯曲角的光强度降低。这种效应可以用来弯曲或者病毒亲缘变化来预测结构变形或失败。
综上所述,本研究的结果表明,灵活,节省成本,且可重用的stimuli-responsive聚合物光纤在传感应用程序拥有巨大的潜力。然而,越来越多的开发和测试需要在大规模实际应用程序中使用它们。
从AZoM:什么是辉光放电光学发射光谱法
源
Elsherif, M。阿拉姆,F。屁股,H。等。3 d印制聚合物复合光纤传感应用。加法制造2022年。https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/pii/S221486042200389X?via%3Dihub
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