Оригинальная теория прямого акустического производства достигла прогресса в исследовании прецизионного конструирования микроструктур

Команда профессора Ван Чэнъюна из Школы механико-электрической инженерии Гуандунского технологического университета на основе оригинальной теории прямого акустического производства достигла важного прогресса в области прецизионного конструирования микроструктур. Результаты опубликованы в Международном журнале станков и производства и являются важным итогом проекта Оригинальной исследовательской программы и продлённого финансируемого проекта Национального фонда естественных наук Китая.

Традиционные методы послойного производства ограничены равномерным осаждением энергии, поэтому изготовленные микроструктуры обладают однородными механическими свойствами и их трудно гибко регулировать по требованию в пределах одной плоскости, что становится ключевым узким местом для повышения производительности гибких сенсоров. Для решения этой проблемы команда Ван Чэнъюна предложила стратегию «направленного акустического конструирования» (DAC), использующую согласованное действие акустомеханических, физических и химических эффектов, вызванных ультразвуком. Это позволяет за 5 минут одностадийно получить массивы микроструктур алмаз/PDMS с пространственно локальным градиентом модуля упругости. Гибкий датчик давления на основе таких градиентных микроструктур в диапазоне 0–2 кПа имеет чувствительность 51,49 кПа⁻¹, что на 58,43% выше, чем у обычного сенсора с однородными свойствами, а линейность достигает 0,996. Датчик успешно обеспечил мониторинг слабых физиологических сигналов, включая пульс, глотание, дыхание и фонацию.

Данная стратегия преодолевает внутреннее ограничение традиционного производства, связанное с послойным накоплением энергии: звуковые волны используются как непосредственно действующая энергия, что позволяет реализовать непрерывное управление со всеми степенями свободы и пространственную настройку механических свойств по требованию. Достигнута интеграция проектирования, изготовления и регулирования производительности сложных компонентов, что открывает новый путь для проектирования по требованию функциональных устройств, таких как метаматериалы, гибкие сенсоры и биомиметические структуры.