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　　CellScale公司univert拉伸压缩弯曲全能试验机正在可拉伸导电迹线

　　原题目：CellScale公司univert拉伸压缩弯曲全能试验机正在可拉伸导电迹线. 简介

　　柔性和可拉伸电子产物的斥地正在很大水准上依赖于导电迹线的机能，这些迹线能够担当高变形，同时维持导电性[1，2]。可拉伸走线是筑制可穿着电子产物传感器和天线]。可穿着医疗电子产物的一个紧要方面是不妨适宜与身体运动干系的机器应变和变形，而不会下降电子配置的机能。互连（即导电迹线）是电子产物中的无源元件，与传感器或集成电途等有源元件比拟，更容易适宜变形[4]。究竟上，很众可拉伸电子产物的体系级集成都是通过拼装封装正在可拉伸基板中的宏观集成电途芯片（毫米到厘米级）来实行的[5-7]。正在这种环境下，可拉伸互连和天线是仅有的两个本质可拉伸的电气组件。

　　印刷的可拉伸互连能够通过众种办法实行。开始，尽管导电资料素质上不是可拉伸的，也能够实行拉伸性。比方，金属膜能够浸积正在预拉伸的弹性体基材上，以实行手风琴般的“海浪状”机合[8]。正在金属图案中制制机合浮雕也允诺拉伸性，比方蛇形-[5]、分形-[9]、网状-[10]和线]互连。这些例子不是印刷电子产物，但它们的观念能够很容易地运用于印刷以实行拉伸性。其次，能够斥地具有内正在可拉伸性、弹性和导电性的资料。嵌入或浸积正在弹性基板上的纳米线的分泌收集能够是一个例子[12]。金属前体能够用弹性主体资料打印，然后举动后照料举行还原以实行导电性[13，14]。然而，后照料平淡涉及高固化温度或侵蚀性化学品，这不妨导致主体或基材的降解。第三，能够填充固有的可塑性但无弹性的导电资料，然后封装正在弹性槽中，就像微流体通道一律。液态金属填充聚二甲基硅氧烷（PDMS）通道便是一个很好的例子[15]。

　　普及导电资料的可印刷性不停是一个具有挑衅性的钻探课题。比方，Someya等人引入了一种基于咪唑的离子液体，以实行由碳纳米管（CNT）和氟化橡胶构成的油墨溶液的足够粘度[16，17]。然而，这种油墨正在PDMS基材和互连层之间显示出分层题目。该小组近来推出了一种新配方，该配方连接了银片，氟橡胶和外貌活性剂，以巩固PDMS基材的附出力[18]。Baik等人斥地了一种带有聚偏氟乙烯粘合剂的可印刷银和CNT复合油墨，但需求160°C的相当高的固化温度[19]。Yang等人斥地了一种含有可溶性银盐和粘合橡胶的无颗粒导电墨水，能够直接用笔书写[20]。这种油墨能够维持与聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺的优越附出力，但需求众个书写措施和化学还原后照料[20]。Pei等人斥地了一种含有纤维素和含氟外貌活性剂分子的水性银纳米线总结了用于可拉伸互连的几种值得注意的导电油墨的要紧特色。用于可拉伸互连的可印刷导电资料的理思油墨将实行通盘理思的特色，比方理思的印刷粘度，与弹性基材的附出力，导电资料的高变形性和低固化温度。外 1.百般弹性油墨的对比钻探。

　　正在这里，咱们斥地了一种新的配方，以实行具有高导电性的可拉伸墨水。咱们引入了三乙醇胺（TEA），它平淡用作化妆品工业中的外貌活性剂或塑料筑制中的增塑剂[22，23]，正在咱们的银片和氟橡胶的油墨配方中。正在筑制油墨时，TEA督促了组分正在甲基异丁酮（MIBK）助溶剂中的融化，从而发作了匀称的溶液。油墨能够很容易地印刷，并正在弹性基材上很好地粘附。正在印刷和干燥溶剂后，该复合资料阐扬出8.49×10的高电导率值4T J−1无需任何后照料。另外，TEA对复合资料举行了塑化，使得印刷的迹线能够自正在变形而不会失落导电性。复合资料自身不具有机器弹性，但可拉伸基材和复合资料的优越附出力相连接，使可拉伸踪迹能够弯曲、扭曲和拉伸高达*，而不会下降其电气和机器机能。咱们筑制了具有三种差别几何形态的无线局域网（WLAN）天线：环形、贴片和领结。对三种差别天线几何形态的机能举行了仿真和丈量，以应对原始几何形态和单轴应变要求。

　　四种组分的羼杂比例是影响弹性油墨机器耐久性和导电性的紧要参数。咱们确定了氟橡胶：MIBK：TEA：银片之间的最佳重量比为1：2.3：1：X，以实行拉伸性和导电性。对付40 wt%，35 wt%，30 wt%和25 wt%银含量的X值辨别为2.95，2.40，1.90和1.45。这里，“wt%银含量”的定名法是指网罗溶剂正在内的溶液的总重量。开始，氟橡胶正在MIBK中融化24小时。然后，列入TEA举动散漫剂，并将羼杂物搅拌6-8小时。一朝羼杂物变得匀称，列入银片并将羼杂物搅拌4小时以取得性墨水。通盘这些步伐都是正在室温下举行的。天线（身体环，贴片和领结）应用3D喷射打印机（nScrypt桌面3Dn打印机）图案化到弹性体基板（VHB-4905）上。打印后，将天线分钟以除去众余的溶剂。当需求干燥时，将样品置于120°C的线小时（Symphony-VWR，Vacuubrand 2 C）。筑制经过的示贪图如图1所示。图1.弹性油墨筑制的道理图和正在弹性基板上印刷可拉伸的迹线以举行可拉伸天线. 油墨的机器耐久性

　　应用拉伸测试仪（Univert，Cellscale生物资料测试），咱们钻探了印刷迹线正在众个拉伸开释周期中的电阻变更。正在一个周期中，咱们测试了电阻的变更，直到迹线（b））。正在这里，咱们寓目到拉伸方面的阻力增进简直是线性的，最高可达应变的∼150%，而增进的速率正在进一步拉伸时急忙延长。印刷薄膜的操作可反复性（图2（a）），以0.3毫米秒的十字头速率将其拉伸至50%应变−1，然后以类似的速度开释菌株（每个周期需求 50 秒）。该拉伸开释轮回反复1000次，并寓目到阻力的变更（图2（c））。印刷的迹线正在测试中是导电的，但相对付拉伸开释周期，阻力慢慢增进。咱们假设降解与迹线的限度塑性变形相合（比方某些限度点的少量厚度流动）;真实的机制是异日钻探的焦点。图2.（a） 单轴拉伸和开释轮回的示贪图以及咱们试验装备的相应图片。（b） 相对付应变的相对电阻值，直至最终失效，约为 500%。（c） 可拉伸痕量薄膜正在1000个拉伸开释周期中的阻力变更。

　　弹性油墨溶液由银（Ag）片，氟橡胶，有机溶剂（MIBK）和散漫剂（TEA）构成。如图4所示，TEA正在咱们的可拉伸油墨中的功用是双重的：（1）组分之间的相容剂，以确保银片（填料）正在油墨溶液形态下匀称散漫正在氟橡胶基体中;（2）用于氟群集物收集的增塑剂，正在印刷导电痕量形态下授予高拉伸性。

　　正在这项使命中策画和筑制了三品种型的可拉伸天线。身体上的可拉伸天线策画用于人体皮肤，而别的两个则针对物联网（IoT）的WLAN。

　　正在机体操作中，天线]。这是因为身体机合的相对介电常数大，导致大方的电磁波耗费。形态和身体因素的人与人之间的不同使题目进一步繁杂化[35，36]。咱们试图设备一个好像于人类手臂的一阶近似模子，通过邦法模仿来策画身体天线显示了咱们用于应用身体机合和层的已知特点来模仿人体手臂的参数。手臂的几何模子如图5（a）所示。能够看出，假设横截面为椭圆，而主轴的尺寸如外2所示，个中A是半短轴，B是半长轴。因而，A × B 是每个椭圆面积的 4/π 倍。手臂的长度也假设为 150 毫米。该模子网罗皮肤、脂肪、肌肉和骨骼。这些值用于Ansys HFSS全波3D电磁模仿器软件，以钻探策画天线 中提到的参数分拨给软件中的每一层。

　　图5.（左图）（a）机体可拉伸天线、（d）可拉伸贴片天线和（g）可拉伸领结天线的物理尺寸和仿真模子。（中图）（b）体上、（e）贴片和（g）领结天线的原始和拉伸样品的输入反射系数（S11）的仿真和丈量结果。（右图）（c）机体、（f）贴片和（i）领结天线的辐射偏向图（E平面和H平面）的仿真和丈量结果。

　　环形天线是贴体运用的之一，由于与其他天线策画比拟，该策画的磁偶极子机能受界限介质相对介电常数的影响相对较小[37]。人体因为其含水量高，具有出格高的相对介电常数。对付身体天线，策画了一个带有四个圆圈的方形环形机合，使命频率为3.5 GHz。四个圆圈的功用是通过巩固导体途径中的电流分散来普及增益和阻抗带宽。策画的天线毫米的正方形，每个圆的直径为4毫米，线毫米厚的丙烯酸弹性体VHB胶带4905（3M），相对介电常数为3.2，切线. 无线局域网可伸缩天线

　　应用可拉伸资料和墨水，能够打印用于很众运用（如WLAN信道）的可从头筑设天线]。寻找可伸缩天线的新资料胀动了该范围的兴盛[39-41]，而且谋求最佳资料以取得更好的机能仍正在举行中。图5（d）显示了专为WLAN运用策画的可拉伸贴片天线。贴片策画是基础天线之一。正在这里，接地层举动平行于天线平面的独立层网罗正在内，而介电层则正在两层之间铺设。贴片天线的使命频直爽接取决于贴片长度，因而拉伸贴片会转移其共振频率。对付贴片天线，策画了两段阻抗变压器，使反射系数成婚到50 Ω。当贴片天线沿纵向（Y轴）拉伸时，其使命频率爆发变更。领结槽天线是一种宽带单层天线。当领结天线被拉伸时，其阻抗增进。

　　S11正在差别拉伸长度下的对数标准仿真和丈量结果辨别显示正在图5（b）、（e）和（h）中。S11 图与频率的联系图显示了从天线输入端口反射回来的功率量。当天线经受的功率越众时，反射回来的功率就越少，因而辐射功率更高。正在dB标度中，较低的值意味着较低的反射功率。天线的使命带宽界说为反射系数低于−10 dB的频率局限，即天线图中深度干系的频率被视为共振频率。通过拉伸这些天线，下降了使命频率。

　　机身天线策画为正在原始长度下具有 3.5 GHz 的谐振频率。图5（b）中的蓝色实线是体上天线正在其原始长度下的仿线弧线 GHz处，电平约为−12 dB，这意味着天线（b）中被形容为带圆圈的玄色实线，显示了正在类似频率下大约98%的经受功率。正在*拉伸长度的同时，应用图5（b）平分别显示为赤色虚线和带三角形的绿色实心的仿真和丈量来钻探机能。两者都正在1.75 GHz时显示出约99%的经受功率，这是原始谐振频率的一半。估计通过将天线的长度增进其原始长度的两倍，谐振频率将减半[42]。

　　贴片和领结槽天线方面具有相同的机能，辨别如图5（e）和（h）所示。贴片天线 GHz 下具有谐振。图5（e）中的蓝色实线和虚线绿色弧线外明了贴片天线）正在原始长度下的仿真和丈量结果。两条弧线 GHz 时的功率经受度高出 96%。然后将贴片天线%。贴片天线的使命频率取决于y偏向上的贴片长度，因而通过增进贴片的长度，估计谐振频率会下降。

　　正在图5（e）中，32%拉伸长度的输入反射系数（S11）的模仿和丈量辨别以纯赤色（带圆圈）和破折号粉色（带圆圈）示意。通过将补丁的长度比其原始长度增进32%，估计谐振频率将下降23%，即4.1 GHz。正在仿真和丈量中都奉行了类似的结果。同样，倘使贴片比原始长度拉伸65%，则使命频率下降40%，即3.3 GHz。图5（e）中带十字标志的玄色实线和带三角形标志的棕色虚线示意输入反射系数的仿真和丈量结果。仿线%的可经受功率，而正在丈量中惟有95%。领结槽天线策画为正在其原始长度下以 5.3 GHz 的频率运转。

　　图5（h）中的蓝色实线和虚线绿色弧线显现了领结槽天线原始长度下输入反射系数（S11）的仿真和丈量。两条弧线都显示天线正在所需频率下经受的功率高出99%。领结槽天线的谐振频率还取决于其正在 y 偏向上的总长度。与体上天线和贴片天线好像，领结槽天线的谐振频率与天线]。通过将槽的长度比其原始长度增进 42%，估计谐振频率下降到 4 GHz，而拉伸到比原始长度众 110% 应将其下降到 2.5 GHz。图5（h）中，领结槽天线%的仿真和丈量结果辨别以带圆形标志的纯赤色、带圆形标志的虚线粉赤色、带十字标志的纯玄色和带三角形标志的破折号棕色显示。输入反射系数结果解释，通盘三个天线的仿真和丈量结果之间都出格相似。这些不同是因为本质中基板和导体厚度的变更，以及电导率的细小下降和基板介电常数的增进，这些未网罗正在模仿中

　　正在这里，咱们显现了一种用于高度可变形导电迹线的新型合成配方，个中TEA用作含氟群集物和银片复合资料的增容剂和增塑剂。弹性体基板上的印刷导电迹线显示出电气和机器机能的隽拔组合。咱们筹商了TEA正在油墨溶液和印刷迹线中的功用。应用导电迹线 GHz的体上环形天线，以及WLAN贴片和领结天线。这些天线是可拉伸的，它们的共振频率跟着天线的拉伸而降低。这些结果解释，咱们的新型墨水能够举动可穿着电子和物联网运用的导体资料。

　　UniVert是生物机合资料举行渊博机器测试的理思采选，其占地面积小，价值实惠，应用户能够随时随地举行测试。易于应用的软件和可交换的组件使体系成为应用的理思采选，无需举行大方培训或技能支撑。

　　该体系不妨正在高达1kN的力下举行拉伸、压缩和弯曲测试。有众种夹具可供采选，以适宜差别的试样和测试形式。要紧性能

　　诈欺UniVert的通盘益处AG九游会网站，实行高达1kN的力。兼容笔直和水准液池、成像和非接触应变丈量以及剪切、挽回或压力。

　　众轴向测试剪切、挽回和压力能够增加到要紧测试轴向上，以测试百般试样。这些奉行器和传感器与配置负责器、软件和数据输出无缝集成。