直书写（DIW）3D打印传感器同时具有较高的灵敏系数和良好的延展性，近年来得到了广泛的关注。此类传感器具有多层结构的特点，其界面平整度和界面强度分别是决定传感器制造精度和结构完整性的两个重要因素。然而，由于材料的多样性和DIW技术固有的由线到面的成形特征，如何控制界面平整度、实现较高的界面强度以保证传感器的高性能依然存在一定挑战。
针对此问题，我院赵军华团队开展了从设计理论到工艺优化的系统研究。首先，通过分析工艺特点、设计关键参数组合并展开系统优化试验，确定了高平整度界面的打印工艺参数体系。其次，基于界面断裂模型，预测了界面强度随层厚变化的非线性尺寸效应。然后，通过试验测量、数值模拟对模型预测结果进行了验证。最后，基于设计模型和优化的工艺参数体系，利用DIW技术打印出了具有较高平整度和良好界面强度的应变传感器。在静态和循环拉伸载荷测试下，DIW制造的传感器显示出较高的测量精度和良好的稳定性。本研究为基于DIW打印多层传感器的参数化设计和高精度制造提供了理论与工艺参考。
相关工作以“High-precision resistance strain sensors of multilayer composite structure via direct ink writing: Optimized layer flatness and interfacial strength”，发表于国际知名期刊Composites Science and Technology 201 (2021) 108530。论文第一作者为我院博士生郭志洋，通讯作者为团队成员于培师副教授和团队负责人赵军华教授。该研究得到了我院刘禹教授的技术支持，同时得到了国家自然科学基金（11972171), 江苏省杰出青年基金 (BK20180031)以及中国博士后科学基金（2018M630513）的资金支持。
图1 高平整度打印参数优化
图2 界面强度设计与传感性能测试
