可拉伸应变传感器的需求日益增加，然而传统的制备工艺已经逐渐不能支持其复杂的结构设计以及低成本、低能耗的发展需求，其传感性能也由于受制于泊松收缩难以实现有效的提升。通过拉胀结构抑制泊松收缩是一种可以大幅提升压阻式柔性应变传感器灵敏度性能的方法，但也使得其制造面临更严峻的考验。此外，由于柔性传感复合材料不稳定性以及弹性基体材料迟滞性的存在，应用于精准的变形检测与控制尚存在一定的困难。

西交大田小永教授团队提出了一种基于连续纤维增强拉胀结构的可拉伸应变传感器，该传感器采用直接墨水书写( DIW ) 3D打印工艺制备。

 研究难点或瓶颈

（1）通过多材料墨水直写打印设备开发，以及合理制备工艺设计，实现集成度高、成本低且高效的拉胀结构传感器3D打印制备工艺。

（2）拉胀结构材料优化，所用材料既需要具有足够强力学性能，有效抑制弹性基底的泊松收缩甚至产生膨胀效果，也需要保持足够的柔韧性，避免多次使用后出现结构损伤而减低耐久度。

（3）传感器迟滞性对于结构的精准变形控制尚存在一定的困难，需要更高精度的控制算法。

图1 ( a )拉胀结构传感器的制作过程；( b )打印拉胀结构的筒体剖视图。

图2 ( a )为制备的纤维- PDMS拉胀传感器、薄膜传感器和PTFE – PDMS拉胀传感器；( b )传感器的拉伸过程；( c )负泊松比结构材料的力学性能；( d )薄膜传感器和拉胀传感器的侧向应变；( e )薄膜传感器和拉胀传感器在20 %应变下的泊松比。

 展望（发展趋势）

可拉伸应变传感器的需求将日益增加，且性能需求也将更加苛刻，传统传感器制备工艺将不能支持其复杂的结构设计以及低成本、低能耗的发展需求，3D打印技术将为其进一步发展提供便利。3D打印技术不仅能够大大提高传感器结构设计的灵活性，更能实现传感器的高效集成制造。拉胀结构可以抑制弹性材料的泊松收缩，将成为提升可拉伸传感器灵敏度的有效方案之一并得到长足发展。可拉伸传感器由于存在一定程度的不稳定性与迟滞性，未来将依靠更加精准的信号处理方法与控制逻辑，实现它在变体飞行器和可展开天线等大变形结构的精确控制应用。

原论文：

Wanquan Yan, Xiaoyong Tian, Daokang Zhang, Yanli Zhou, Qingrui Wang. 3D Printing of Stretchable Strain Sensor Based on Continuous Fiber Reinforced Auxetic Structure. Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers, 2023，2(2): 100073.

https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2023.100073.

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