1. 定制印刷应变计
应变计在结构监测、可穿戴技术、机器人和柔性电子领域发挥着至关重要的作用。传统的应变计虽然应用广泛，但受限于刚性基底、复杂的组装工艺和有限的定制化程度。印刷电子技术和导电纳米颗粒油墨开辟了一条更加灵活的道路：轻巧的、数字化制造的传感器，可根据特定的几何形状、基底或应用进行定制。
本白皮书回顾了使用 NovaCentrix 银纳米颗粒油墨开发和验证印刷应变计的过程。以下示例重点介绍了学术验证和应用部署。
- 路易斯维尔大学的两项研究 [1], [2] 演示气溶胶喷射打印 JS-A426，包括规格设计、烧结优化和规格因子测量。
- 德克萨斯大学圣安东尼奥分校的一项研究 [3] 用过的 JS-A102A诺维萨德大学的一项研究 [4] 使用喷墨优化的 NovaCentrix 墨水快速制造各种传感器几何形状。
- 另外两项研究重点介绍了应用系统：一种是带有嵌入式应变传感的三角洲机器人。 JS-B25P [5] 以及一种触觉机器人皮肤传感器 JS-A426 [6].
2. 介绍和背景
应变计通过追踪导电路径在拉伸或压缩下电阻的变化来测量机械形变。当导电路径拉伸或收缩时，导体几何形状和底层微观结构都会发生变化，从而产生可测量的电响应。
传统箔式量规仍然有效，但它们也存在一些实际的限制：固定的安装方式、粘合剂粘合步骤、有限的几何自由度，以及当设计需要快速更改时产生的制造成本。
印刷电子技术改变了设计空间。导电油墨可以直接沉积在柔性基材上，从而实现软件层面的几何形状修改、更紧凑的迭代周期，以及在薄型、保形或特定应用材料上制造传感器。
NovaCentrix 提供多种银纳米颗粒墨水系统，可针对不同的沉积方法进行优化，从精细的气溶胶喷射打印到面向生产的喷墨工作流程。正是这些经过验证的材料，使得本页的研究成果对正在从概念阶段过渡到实际应用阶段的工程团队具有重要意义。
量规因子
应变计的核心灵敏度指标
其中 ΔR 是电阻的变化量， R 是最初的阻力，而且 ε 是施加的应变。较大的灵敏系数表示更高的灵敏度。
参考范围
3. NovaCentrix应变计专用油墨
NovaCentrix导电油墨专为数字沉积和后处理而设计，支持先进的印刷传感器制造。多种银纳米颗粒油墨已在气溶胶喷射和喷墨工作流程中验证可用于应变计应用。
梅塔隆® JS-A426
AJP优化的银纳米颗粒油墨，适用于在包括PI（Kapton）和PET在内的柔性基材上进行精细线条印刷。已验证可用于触觉传感器、机器人皮肤和结构测量。
查看 JS-A426梅塔隆® JS-A102A
用于 Dimatix 按需喷墨打印的银墨。可在 Kapton 基材上快速打印各种传感器几何形状，经分阶段低温烧结后可达到低电阻。
查看 JS-A102A梅塔隆® JS-B25HV 和 JS-B15P
喷墨墨水已在专业和桌面系统的聚酰亚胺和PET上得到验证，根据基材和层数的不同，其量规系数值介于1.58和2.03之间。
浏览喷墨墨水4. 案例研究：使用 NovaCentrix 油墨的印刷应变计
4.1 JS-A426 通过气溶胶喷射打印 - 路易斯维尔大学 [1], [2]
路易斯维尔大学的两项研究证明了以下方法的有效性： JS-A426 利用气溶胶喷射打印技术在聚酰亚胺薄膜（Kapton）上制造定制应变计。2023年的后续研究增加了一个与烧结条件相关的电导率预测模型，从而改进了工艺控制，并减少了新打印条件的试错过程。
关键结果
JS-A426气溶胶射流研究的代表性结果。
| 打印机 | Optomec气溶胶喷射打印机 |
|---|---|
| 行宽 | 50 至 60 微米 |
| 烧结窗口 | 200至240°C，持续18至24小时 |
| 电导率 | 约 7.05 × 106 S /米 |
| 测量系数 | 1.85 （2021）和 1.74 (2023) |
4.1.2 JS-A426 用于柔性基板触觉感应
这项工作扩展 JS-A426 将星形触觉传感器嵌入PDMS中，用于机器人皮肤。在约5,000次循环测试中，该传感器保持了可重复的性能，灵敏度系数接近1.85，展现了其在动态软体机器人环境下的耐久性。 [6]
4.2 JS-A102A 按需喷墨打印 - 德克萨斯大学圣安东尼奥分校 [3]
UTSA的研究使用了 JS-A102A 利用 Dimatix 按需喷墨打印系统探索快速传感器制造。在 Kapton 薄膜上打印了多种几何形状的传感器，经 50°C 和 150°C 分阶段烧结后，电阻值介于 2.3 欧姆和 7.2 欧姆之间。该结果有力地证明了快速原型制造和稳定电气性能的可行性。
4.3 JS-B25HV 和 JS-B15P 喷墨打印 - 诺维萨德大学 [4]
研究人员对比了使用 NovaCentrix 银墨在专业打印系统和桌面打印系统上制作的喷墨打印应变计。在聚酰亚胺和 PET 基材上，打印的应变计的灵敏系数在 1.58 到 2.03 之间，具体数值取决于基材、墨水选择和层数，同时保持了良好的短期稳定性，长期漂移也较为轻微。
5. 实际应用
6. 总结与展望
在学术研究和应用研究中，NovaCentrix银纳米颗粒油墨已被证明可有效用于制造高性能柔性应变计，并可采用多种数字印刷工艺。从气溶胶喷射到喷墨印刷，从Kapton到PET，该平台均支持可靠的导电性、可重复的应变系数性能，并可集成到实际的机器人系统中。
这些材料能够定制几何形状，直接打印到柔性基材上，并且可以使用相对容易获得的沉积硬件，因此特别适用于快速原型制作、可穿戴设备、结构健康监测和软体机器人。
NovaCentrix更广泛的材料组合和工艺生态系统，包括对低热预算固化的支持 脉冲锻造提供了一条从研究验证到可扩展生产的切实可行的途径。
未来发展方向
- 光子烧结技术适用于超低热预算应用和热敏基材。
- 将应变传感与温度、压力或触觉响应等相邻功能相结合。
- 开发经过验证的传感器几何库，以加快 OEM 和研究部署。
7. 案例
-
[1]
Ratnayake 等人。使用银纳米粒子墨水的气溶胶喷射打印应变计。IEEE 柔性电子传感器会议 (FLEPS) 2021。
开源 -
[2]
Ratnayake 等人。气溶胶喷射打印银纳米颗粒油墨的电导率预测。IEEE J. Flex. Electron. 2023。
开源 -
[3]
Dipon 等人。使用银墨按需喷墨打印应变计。铁电体 2023。
开源 -
[4]
Zlebic 等人。柔性基板上喷墨打印应变计的性能分析。Facta Univ.，Ser. Electron. Energ. 2016。
开源 -
[5]
Kalafat. 基于折纸的集成印刷应变计的Delta机器人. Hittite J. Sci. Eng. 2022.
开源 -
[6]
Olowo 等人。用于机器人触觉皮肤的气溶胶喷射打印星形应变传感器。IEEE J. Flex. Electron. 2023。
开源
图片来源：应变计插图改编自本页当前使用的图表来源，已注明出处。 CC BY-SA 2.5. Back to top
