Published October 26, 2020 | Version v1
Publication Open

Inkjet printed self-healable strain sensor based on graphene and magnetic iron oxide nano-composite on engineered polyurethane substrate

Creators

  • 1. Jeju National University
  • 2. International Islamic University, Islamabad

Description

Abstract In recent years, self-healing property has getting tremendous attention in the future wearable electronic. This paper proposes a novel cut-able and highly stretchable strain sensor utilizing a self-healing function from magnetic force of magnetic iron oxide and graphene nano-composite on an engineered self-healable polyurethane substrate through commercialized inkjet printer DMP-3000. Inducing the magnetic property, magnetic iron oxide is applied to connect between graphene flacks in the nano-composite. To find the best nano-composite, the optimum graphene and magnetic iron oxide blending ratio is 1:1. The proposed sensor shows a high mechanical fracture recovery, sensitivity towards strain, and excellent self-healing property. The proposed devices maintain their performance over 10,000 times bending/relaxing cycles, and 94% of their function are recovered even after cutting them. The device also demonstrates stretchability up to 54.5% and a stretching factor is decreased down to 32.5% after cutting them. The gauge factor of the device is 271.4 at 35%, which means its sensitivity is good. Hence, these results may open a new opportunity towards the design and fabrication of future self-healing wearable strain sensors and their applied electronic devices.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الخلاصة في السنوات الأخيرة، حظيت خاصية الشفاء الذاتي باهتمام هائل في الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء في المستقبل. تقترح هذه الورقة مستشعر إجهاد جديد قابل للقطع ومطاطي للغاية يستخدم وظيفة ذاتية الشفاء من القوة المغناطيسية لأكسيد الحديد المغناطيسي ومركب الجرافين النانوي على ركيزة البولي يوريثين ذاتية الشفاء المهندسة من خلال طابعة نفث الحبر التجارية DMP -3000. بالتحريض على الخاصية المغناطيسية، يتم تطبيق أكسيد الحديد المغناطيسي للاتصال بين قشور الجرافين في مركب النانو. للعثور على أفضل مركب نانو، فإن النسبة المثلى لمزج الجرافين وأكسيد الحديد المغناطيسي هي 1:1. يُظهر المستشعر المقترح استردادًا ميكانيكيًا عاليًا للكسر، وحساسية تجاه الانفعال، وخاصية ممتازة للشفاء الذاتي. تحافظ الأجهزة المقترحة على أدائها أكثر من 10000 دورة ثني/استرخاء، ويتم استرداد 94 ٪ من وظيفتها حتى بعد قطعها. يوضح الجهاز أيضًا قابلية التمدد حتى 54.5 ٪ ويتم تقليل عامل التمدد إلى 32.5 ٪ بعد قطعها. عامل قياس الجهاز هو 271.4 عند 35 ٪، مما يعني أن حساسيته جيدة. وبالتالي، قد تفتح هذه النتائج فرصة جديدة نحو تصميم وتصنيع مستشعرات الإجهاد القابلة للارتداء ذاتية الشفاء في المستقبل وأجهزتها الإلكترونية المطبقة.

Translated Description (French)

Résumé Au cours des dernières années, la propriété auto-réparatrice a reçu une attention considérable dans le futur de l'électronique portable. Cet article propose un nouveau capteur de contrainte découpable et hautement étirable utilisant une fonction d'auto-guérison à partir de la force magnétique de l'oxyde de fer magnétique et du nanocomposite de graphène sur un substrat de polyuréthane auto-guérissable fabriqué par l'intermédiaire d'une imprimante à jet d'encre commercialisée DMP-3000. Induire la propriété magnétique, l'oxyde de fer magnétique est appliqué pour se connecter entre les flacks de graphène dans le nanocomposite. Pour trouver le meilleur nanocomposite, le rapport optimal de mélange de graphène et d'oxyde de fer magnétique est de 1:1. Le capteur proposé montre une récupération de fracture mécanique élevée, une sensibilité à la contrainte et une excellente propriété d'auto-guérison. Les dispositifs proposés maintiennent leurs performances plus de 10 000 fois les cycles de flexion/relaxation, et 94 % de leur fonction sont récupérés même après les avoir coupés. Le dispositif démontre également une extensibilité jusqu'à 54,5 % et un facteur d'étirement est réduit à 32,5 % après les avoir coupés. Le facteur de jauge de l'appareil est de 271,4 à 35 %, ce qui signifie que sa sensibilité est bonne. Par conséquent, ces résultats peuvent ouvrir une nouvelle opportunité vers la conception et la fabrication de futurs capteurs de contrainte portables auto-réparants et de leurs dispositifs électroniques appliqués.

Translated Description (Spanish)

Resumen En los últimos años, la propiedad de autocuración ha recibido una gran atención en el futuro de los dispositivos electrónicos portátiles. Este documento propone un novedoso sensor de deformación cortable y altamente estirable que utiliza una función de autorreparación a partir de la fuerza magnética del óxido de hierro magnético y el nanocompuesto de grafeno en un sustrato de poliuretano autorreparable diseñado a través de una impresora de inyección de tinta comercializada DMP-3000. Al inducir la propiedad magnética, se aplica óxido de hierro magnético para conectar entre los flacks de grafeno en el nanocompuesto. Para encontrar el mejor nanocompuesto, la proporción óptima de mezcla de grafeno y óxido de hierro magnético es 1:1. El sensor propuesto muestra una alta recuperación de fractura mecánica, sensibilidad a la tensión y una excelente propiedad de autorreparación. Los dispositivos propuestos mantienen su rendimiento más de 10.000 veces los ciclos de flexión/relajación, y el 94% de su función se recupera incluso después de cortarlos. El dispositivo también demuestra una capacidad de estiramiento de hasta el 54,5% y un factor de estiramiento que disminuye hasta el 32,5% después de cortarlos. El factor de calibre del dispositivo es de 271,4 al 35%, lo que significa que su sensibilidad es buena. Por lo tanto, estos resultados pueden abrir una nueva oportunidad hacia el diseño y la fabricación de futuros sensores de tensión portátiles autorreparables y sus dispositivos electrónicos aplicados.

Files

s41598-020-75175-6.pdf.pdf

Files (4.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:e362ae861eb922535a0214719e645ec7
4.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مستشعر إجهاد ذاتي الشفاء مطبوع بنفث الحبر يعتمد على الجرافين والمركب النانوي لأكسيد الحديد المغناطيسي على ركيزة البولي يوريثين المهندسة
Translated title (French)
Capteur de contrainte auto-réparable imprimé par jet d'encre à base de graphène et de nanocomposite d'oxyde de fer magnétique sur substrat de polyuréthane technique
Translated title (Spanish)
Sensor de deformación autorreparable impreso por inyección de tinta a base de grafeno y nanocompuesto de óxido de hierro magnético en sustrato de poliuretano diseñado

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3094362665
DOI
10.1038/s41598-020-75175-6

Is supplement to
https://openalex.org/W4206704705 (Other)
https://openalex.org/W2742434946 (Other)
https://openalex.org/W2122019704 (Other)
https://openalex.org/W2087254963 (Other)
https://openalex.org/W2052882864 (Other)
https://openalex.org/W2040501312 (Other)
https://openalex.org/W2033744549 (Other)
https://openalex.org/W2016389277 (Other)
https://openalex.org/W2010722037 (Other)
https://openalex.org/W2004790812 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1577150334
  • https://openalex.org/W1771073220
  • https://openalex.org/W1966368870
  • https://openalex.org/W1966698178
  • https://openalex.org/W1968032498
  • https://openalex.org/W1977024942
  • https://openalex.org/W1985739747
  • https://openalex.org/W1992412546
  • https://openalex.org/W1999959880
  • https://openalex.org/W2004072722
  • https://openalex.org/W2004927879
  • https://openalex.org/W2021397142
  • https://openalex.org/W2024550131
  • https://openalex.org/W2032423464
  • https://openalex.org/W2033601397
  • https://openalex.org/W2033634360
  • https://openalex.org/W2034731504
  • https://openalex.org/W2047377737
  • https://openalex.org/W2048490178
  • https://openalex.org/W2053098679
  • https://openalex.org/W2053791803
  • https://openalex.org/W2059880986
  • https://openalex.org/W2067093599
  • https://openalex.org/W2075276828
  • https://openalex.org/W2078050686
  • https://openalex.org/W2084072190
  • https://openalex.org/W2088386179
  • https://openalex.org/W2096511848
  • https://openalex.org/W2098872834
  • https://openalex.org/W2106880554
  • https://openalex.org/W2112685537
  • https://openalex.org/W2124261887
  • https://openalex.org/W2131341115
  • https://openalex.org/W2133054375
  • https://openalex.org/W2135059056
  • https://openalex.org/W2158865684
  • https://openalex.org/W2171793082
  • https://openalex.org/W2189464107
  • https://openalex.org/W2194420741
  • https://openalex.org/W2203052008
  • https://openalex.org/W2264955570
  • https://openalex.org/W2491762336
  • https://openalex.org/W2515175659
  • https://openalex.org/W2562092494
  • https://openalex.org/W2569886169
  • https://openalex.org/W2571438011
  • https://openalex.org/W2590494583
  • https://openalex.org/W2736377934
  • https://openalex.org/W2748291579
  • https://openalex.org/W2761821043
  • https://openalex.org/W2790554408
  • https://openalex.org/W2791953253
  • https://openalex.org/W2792981251