Method Article

الأقطاب الكهربائية اللينة القائمة على قناة الموائع الدقيقة وتطبيقاتها في استشعار الضغط السعوي

DOI:

10.3791/65175

⸱

March 17th, 2023

 ,  ,  , 
1State Key Laboratory of Industrial Control Technology, College of Control Science and Engineering, Zhejiang University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الأقطاب الكهربائية المرنة لديها مجموعة واسعة من التطبيقات في الروبوتات اللينة والإلكترونيات القابلة للارتداء. يوضح البروتوكول الحالي استراتيجية جديدة لتصنيع أقطاب كهربائية قابلة للتمدد بدرجة عالية ودقة عالية عبر قنوات الموائع الدقيقة المحددة بالطباعة الحجرية ، مما يمهد الطريق لأجهزة استشعار الضغط الناعم عالية الأداء في المستقبل.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تعتبر الأقطاب الكهربائية المرنة والقابلة للتمدد مكونات أساسية في الأنظمة الحسية الاصطناعية الناعمة. على الرغم من التطورات الحديثة في الإلكترونيات المرنة ، فإن معظم الأقطاب الكهربائية إما مقيدة بدقة الزخرفة أو قدرة الطباعة النافثة للحبر بمواد فائقة المرونة عالية اللزوجة. في هذا البحث ، نقدم استراتيجية بسيطة لتصنيع أقطاب كهربائية مركبة قابلة للتمدد تعتمد على القنوات الدقيقة ، والتي يمكن تحقيقها عن طريق كشط مركبات البوليمر الموصلة المرنة (ECPCs) في قنوات الموائع الدقيقة المنقوشة بالطباعة الحجرية. تم تحضير ECPCs بواسطة طريقة تبخير المذيبات المتطايرة ، والتي تحقق تشتتا موحدا للأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) في مصفوفة polydimethylsiloxane (PDMS). بالمقارنة مع طرق التصنيع التقليدية ، يمكن للتقنية المقترحة تسهيل التصنيع السريع لأقطاب كهربائية قابلة للتمدد محددة جيدا مع ملاط عالي اللزوجة. نظرا لأن الأقطاب الكهربائية في هذا العمل كانت مكونة من مواد مرنة بالكامل ، يمكن تشكيل روابط قوية بين الأقطاب الكهربائية القائمة على ECPCs والركيزة القائمة على PDMS في واجهات جدران القنوات الدقيقة ، مما يسمح للأقطاب الكهربائية بإظهار المتانة الميكانيكية تحت سلالات الشد العالية. بالإضافة إلى ذلك ، تمت دراسة الاستجابة الميكانيكية والكهربائية للأقطاب الكهربائية بشكل منهجي. أخيرا ، تم تطوير مستشعر الضغط الناعم من خلال الجمع بين رغوة السيليكون العازلة وطبقة الأقطاب الكهربائية المتداخلة (IDE) ، وهذا أظهر إمكانات كبيرة لأجهزة استشعار الضغط في تطبيقات استشعار اللمس الروبوتية الناعمة.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم استكشاف مستشعرات الضغط الناعم على نطاق واسع في تطبيقات مثل القابضات الروبوتيةالهوائية 1 ، والإلكترونيات القابلة للارتداء2 ، وأنظمة واجهة الإنسانوالآلة 3 ، إلخ. في مثل هذه التطبيقات ، يتطلب النظام الحسي المرونة والقدرة على التمدد لضمان الاتصال المطابق مع الأسطح المنحنية التعسفية. لذلك ، فإنه يتطلب جميع المكونات الأساسية ، بما في ذلك الركيزة وعنصر التحويل والقطب الكهربائي ، لتوفير وظائف متسقة في ظل ظروف التشوه الشديدة4. علاوة على ذلك ، للحفاظ على أداء الاستشعار العالي ، من الضروري الحفاظ على التغييرات في الأقطاب الكهربائية اللينة إلى الحد الأدنى لتجنب التداخل في إشارات الا....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. توليف ملاط ECPCs

  1. تفريق الأنابيب النانوية الكربونية في مذيب التولوين بنسبة وزن 1:30 وتخفيف قاعدة PDMS مع التولوين بنسبة وزن 1: 1.
    ملاحظة: يجب تنفيذ الإجراء التجريبي بأكمله ، الموضح في الشكل 1 ، في غطاء دخان جيد التهوية.
  2. حرك مغناطيسيا تعليق CNTs / التولوين ومحلول PDMS / التولوين في درجة حرارة الغرفة لمدة 1 ساعة.
    ملاحظة: تسمح هذه الخطوة بتوزيع الأنابيب النانوية الكربونية بشكل جيد في مصفوفة PDMS في الخطوة التالية.
  3. امزج معلق CNTs / التولوين ومحلول PDMS / التولوين لتشكيل خليط سائل CNTs / PDMS / التولوين ، وحرك هذا المزيج مغناطيسيا على لوح تسخين عند 80 درجة مئوية لتبخير المذيب (التولوين).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

باتباع البروتوكول ، يمكن تصميم ECPCs عبر قناة الموائع الدقيقة ، مما يؤدي إلى تكوين أقطاب كهربائية قابلة للتمدد بدقة عالية. يوضح الشكلان 3 أ ، ب صورا لأقطاب كهربائية ناعمة ذات تصميمات تتبع ودقة طباعة مختلفة. يوضح الشكل 3C عرض الخطوط المختلفة للأقطاب الكهربائية المصنعة ، بما في ذلك 50 ميكرومتر و 100 ميكرومتر و 200 ميكرومتر. يتم عرض مقاومة كل قطب في الشكل 3D ، والذي يوضح أن المقاومة تزداد مع انخفاض عرض الخط ، كما هو مت.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في هذا البروتوكول ، أظهرنا طريقة طباعة جديدة قائمة على قناة الموائع الدقيقة للأقطاب الكهربائية القابلة للتمدد. يمكن تحضير المادة الموصلة للقطب ، ملاط ECPCs ، بواسطة طريقة تبخر المذيبات ، والتي تسمح بتشتيت الأنابيب النانوية الكربونية جيدا في مصفوفة PDMS ، وبالتالي تشكيل بوليمر موصل يظهر قابلية تمدد عالية مثل ركيزة PDMS.

في عملية الكشط ، يتم ملء ملاط ECPCs بسرعة في قناة الموائع الدقيقة PDMS بمساعدة شفرة حلاقة. وبالتالي ، فإن لزوجة الملاط تلعب دورا حاسما في عملية الكشط. قد تؤدي اللزوجة المنخفضة ل.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين في إطار Grant 62273304.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
كاميراOPELENIC كاميرا
أنابيب نانوية كربونية (CNTs)نانجينغ Xianfeng تقنيةالنانو القطر: 10-20 نانومتر ، الطول: 10-30 مو ؛ م
محرك لوححراري علميSuper-Nuova +معدات التحريك والتدفئة
LCR مترKeysightE4980ALمعدات قياس السعة
مجهرSDPTOP
متعددالمقاومة
حظ فرنYamotoDX412Cمعدات التدفئة
قناع الصورةشنتشن Weina التكنولوجيا
MicrochemSU-8 3050
Polydimethylsiloxane (PDMS)Dow CorningSylgard 184سيليكون المطاط
رغوة السيليكونناعمة علىSoma Foama 25مكون من عنصرين من البلاتين سيليكون رغوة مرنة
سيليكون رقاقةسوتشو كريستال السيليكون الإلكترونية & قطر التكنولوجيا: 2 بوصة
النمامIKAلون الحبارمعدات التحريك
تولوينسينوفارم كاشفالمذيب لإعداد ECPCs
TriethoxysilaneMacklin
رقمية تسخين معدات قياس الإلكترونية الصناعي كيميائي

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sun, Z. D., et al. Artificial intelligence of things (AIoT) enabled virtual shop applications using self-powered sensor enhanced soft robotic manipulator. Advanced Science. 8 (14), 2100230(2021).
  2. Lo, L. -W., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Microfluidic ChannelsSoft ElectrodesCapacitive Pressure SensingStretchable ElectrodesFlexible ElectronicsCarbon NanotubesPDMS CompositeDielectric Silicone FoamInterdigitated ElectrodesTactile Sensing

Related Articles