Inkjet printing of multi-material piezoelectric sensor for large strain applications

Starting from the last century, sensors have been seen assuming more and more importance in our everyday lives. Furthermore, in recent years the need for a more sustainable and conscious industry brought scientists and developers to adopt new production techniques, such as Additive Manufacturing. In particular, due to its nature, AM has been seen as an incredibly promising solution when it comes to next-generation electro-mechanical devices, especially with the advent of flexible, stretchable, and soft electronics, which are promising technological branches for the healthcare, safety, and robotics fields. Therefore this work aims at proposing, developing, and making a first readout of the electro-mechanical response of a fully inkjet-printed piezoelectric sensor for large deformations applications. A novel combination of materials is here presented. The design consists of a polyimide layer as a substrate, while inkjet printing was used for patterning silver electrodes and a P(VDF-TrFE) active layer in between. The results achieved demonstrate that this novel materials combination is a promising option for the development of piezoelectric sensors when it comes to large-strain applications and high customization needs.

A partire dal secolo scorso, i sensori sono stati sempre più ritenuti e si sono smepre più dimostrati di grande importanza nella nostra vita quotidiana. Inoltre, negli ultimi anni, la necessità di un'industria più sostenibile e consapevole ha spinto scienziati e sviluppatori ad adottare nuove tecniche di produzione, come la Manifattura Additiva. In particolare, per via della sua natura, la Manifattura Additiva è stata considerata una soluzione incredibilmente promettente quando si tratti di dispositivi elettromeccanici di ultima generazione, specialmente con l'avvento dell'elettronica flessibile, estensibile e morbida, che rappresentano rami tecnologici incredibilmente promettenti per i settori della salute, della sicurezza e della robotica. Pertanto, questo lavoro si propone di disegnare, sviluppare e realizzare una prima lettura della risposta elettromeccanica di un sensore piezoelettrico interamente stampato con tecnologia inkjet per applicazioni di grandi deformazioni. Viene presentata una combinazione di materiali completamente nuova. Il design prevede uno strato di poliimide come substrato, mentre la stampa inkjet è stata utilizzata per creare gli elettrodi di argento e uno strato attivo di P(VDF-TrFE) nel mezzo. Infine, risultati ottenuti dimostrano che questa nuova combinazione di materiali e di tecniche è una opzione molto promettente per lo sviluppo di sensori piezoelettrici per applicazioni ad alta deformazione e con elevate esigenze di personalizzazione di dimensione e di forma.