Электрофизические характеристики сенсоров температуры и влажности на основе углеродсодержащего PLA-пластика

Abstract

Исследованы электрофизические характеристики 3D-печатных сенсоров температуры и влажности на основе проводящего PLA-композита с углеродным наполнителем. Установлены связи между морфологией структуры, полученной методом послойного наплавления расплавом, топологией токопроводящих дорожек и частотно-зависимым откликом при изменении температуры и относительной влажности. Показано, что экструзия через сопло и послойное формирование дорожки увеличивают удельное сопротивление одиночного трека в 3–4 раза по сравнению с исходной нитью вследствие межслоевых границ, пористости и частичной перестройки перколяционной сети. Отмечено, что последовательная топология обеспечивает наибольший относительный отклик, тогда как параллельная – минимальное базовое сопротивление. В диапазоне 20–100 °C наблюдается отрицательный температурный коэффициент сопротивления, а при изменении влажности от 40 до 100 % характер сигнала зависит от частоты измерения. Показано, что в области низких и средних частот сопротивление изменяется слабо и преимущественно определяется барьерно-перколяционным переносом, тогда как при 100 кГц может проявляться слабый вклад межфазной поляризации и емкостного шунтирования.