直書寫（DIW）3D打印傳感器同時具有較高的靈敏系數和良好的延展性，近年來得到了廣泛的關注。此類傳感器具有多層結構的特點，其界面平整度和界面強度分别是決定傳感器制造精度和結構完整性的兩個重要因素。然而，由于材料的多樣性和DIW技術固有的由線到面的成形特征，如何控制界面平整度、實現較高的界面強度以保證傳感器的高性能依然存在一定挑戰。
針對此問題，我院趙軍華團隊開展了從設計理論到工藝優化的系統研究。首先，通過分析工藝特點、設計關鍵參數組合并展開系統優化試驗，确定了高平整度界面的打印工藝參數體系。其次，基于界面斷裂模型，預測了界面強度随層厚變化的非線性尺寸效應。然後，通過試驗測量、數值模拟對模型預測結果進行了驗證。最後，基于設計模型和優化的工藝參數體系，利用DIW技術打印出了具有較高平整度和良好界面強度的應變傳感器。在靜态和循環拉伸載荷測試下，DIW制造的傳感器顯示出較高的測量精度和良好的穩定性。本研究為基于DIW打印多層傳感器的參數化設計和高精度制造提供了理論與工藝參考。
相關工作以“High-precision resistance strain sensors of multilayer composite structure via direct ink writing: Optimized layer flatness and interfacial strength”，發表于國際知名期刊Composites Science and Technology 201 (2021) 108530。論文第一作者為我院博士生郭志洋，通訊作者為團隊成員于培師副教授和團隊負責人趙軍華教授。該研究得到了我院劉禹教授的技術支持，同時得到了國家自然科學基金（11972171), 江蘇省傑出青年基金 (BK20180031)以及中國博士後科學基金（2018M630513）的資金支持。
圖1 高平整度打印參數優化
圖2 界面強度設計與傳感性能測試
