Polyelectrolyte elastomer-based ionotronic sensors with multi-mode sensing capabilities via multi-material 3D printing

弹性体 材料科学 聚电解质 纳米技术 可伸缩电子设备 3D打印 泄漏(经济) 微流控 计算机科学 聚合物 电气工程 复合材料 数码产品 工程类 经济 宏观经济学
作者
Caicong Li,Jianxiang Cheng,Yunfeng He,Xiangnan He,Ziyi Xu,Qi Ge,Canhui Yang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1): 4853-4853 被引量:100
标识
DOI:10.1038/s41467-023-40583-5
摘要

Abstract Stretchable ionotronics have drawn increasing attention during the past decade, enabling myriad applications in engineering and biomedicine. However, existing ionotronic sensors suffer from limited sensing capabilities due to simple device structures and poor stability due to the leakage of ingredients. In this study, we rationally design and fabricate a plethora of architected leakage-free ionotronic sensors with multi-mode sensing capabilities, using DLP-based 3D printing and a polyelectrolyte elastomer. We synthesize a photo-polymerizable ionic monomer for the polyelectrolyte elastomer, which is stretchable, transparent, ionically conductive, thermally stable, and leakage-resistant. The printed sensors possess robust interfaces and extraordinary long-term stability. The multi-material 3D printing allows high flexibility in structural design, enabling the sensing of tension, compression, shear, and torsion, with on-demand tailorable sensitivities through elaborate programming of device architectures. Furthermore, we fabricate integrated ionotronic sensors that can perceive different mechanical stimuli simultaneously without mutual signal interferences. We demonstrate a sensing kit consisting of four shear sensors and one compressive sensor, and connect it to a remote-control system that is programmed to wirelessly control the flight of a drone. Multi-material 3D printing of leakage-free polyelectrolyte elastomers paves new avenues for manufacturing stretchable ionotronics by resolving the deficiencies of stability and functionalities simultaneously.
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