硅基介电弹性体致动器的制备工艺

本实验的总体目标是制备坚固耐用的介电弹性体驱动器。本视频展示了平面驱动器的制备过程，该驱动器由固定在框架上的拉伸硅胶膜构成。

两侧均印有柔性电极。由于介电弹性体驱动器具有较大的驱动强度，因此在许多领域具有潜在应用前景。然而，目前用于制造这些驱动器的手动生产工艺限制了其在商业产品中的应用。

该技术的主要优势在于能够制造出具有精确形状定义、可重复且稳定的驱动器。采用低损耗硅橡胶弹性体可实现快速的驱动响应。尽管本方案重点介绍驱动器的制备，但相同技术也可用于制备介电弹性体发电机和可拉伸应变传感器。

开始牺牲层浇铸时，从卷材上裁剪一段400毫米长的高质量125微米厚聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜。将PET基底放置在真空台上，并打开真空泵。将刮涂棒涂布器安装到自动涂膜机上，并将涂布速度设置为5毫米每秒。

然后将两毫升牺牲层溶液置于轮廓棒前方，启动涂布机。接着收回涂膜器，但保持真空泵运行，并将PET基底留在真空板上。让该层在空气中干燥两分钟。

进行硅胶膜浇铸时，将15克硅胶基质和1.50克交联剂加入混合容器中。然后加入10克硅胶溶剂以降低黏度。使用行星式搅拌器混合硅胶混合物。

使用2,000 RPM转速进行两分钟混合，再以2,200 RPM转速进行两分钟脱气。随后将通用涂布器的高度设置为225微米。将涂布器置于PET片材顶端，并将涂膜速度设定为每秒三毫米。

在浇铸过程中避免混入灰尘颗粒，以获得无缺陷的膜至关重要。为此，我们通过在洁净环境中操作，并在涂膜前仔细清洁基底来实现。用注射器将10毫升硅胶混合物从混合容器转移至PET基底上。

启动自动涂布机，将硅酮涂覆在整个PET基材上。关闭泵，静置五分钟，使溶剂从浇铸层中挥发。将膜转移至玻璃板上，并置于80摄氏度的烘箱中加热30分钟。

30分钟后，将膜从烘箱中取出，在室温下再冷却5分钟。然后用一层薄的PET膜覆盖，以保护表面免受污染物影响。制备预拉伸支撑层和膜支撑层，并按照文本方案中所述，切割浇铸的硅胶膜/PET基底三明治结构。

将激光切割的预拉伸支撑物固定在切割好的硅胶膜圆片上，粘性面朝下，使粘合剂与硅胶表面接触。准备一浴沸水，将包括硅胶膜和粘性支撑物在内的组件浸入其中。在浸没状态下，缓慢而轻柔地将PET基底从硅胶膜上剥离，直至完全分离。

将硅胶膜从水浴中取出并使其干燥。可使用氮气枪加速干燥过程。根据制造商的说明书，使用透射干涉仪测量膜的厚度。

将预拉伸装置设置为直径45毫米，将预拉伸的支撑硅胶膜放置在拉伸器指状结构上，粘性面朝下。在拉伸器指状结构之间切割预拉伸支撑膜。然后将径向标尺放置在拉伸器上，逆时针旋转预拉伸环，使预拉伸装置的直径增加至58.5毫米，从而实现膜的双向等比预拉伸，拉伸倍数为1.3。

接下来，取下PMMA膜支架上的覆盖膜，露出粘合面。将PMMA膜支架粘贴到预拉伸的膜表面。沿膜支架边缘切割，将预拉伸的膜从拉伸装置上取下。

然后使用透射干涉仪测量预拉伸膜的最终厚度。设置移印机时，将带有所需电极图案的印版安装到磁性块上。将印版块放置在装满油墨的油墨杯上方。

将组件安装到机器中。将对准板放置在打印机底座上。在移印机上启动一个打印循环。

将电极设计图案对准固定板上的位置。目视检查所打印的电极与固定板上蚀刻参考结构的重叠情况。调节X-Y平移台以校正任何对准偏差。

目视检查印刷图案与参考结构的对齐情况，并持续调整平台位置和打印电极，直至印刷图案与参考结构完全重合。将预拉伸膜放置在打印机基座上。在移印机上启动一次印刷循环，将电极转印至膜的表面。

将膜压印两次，以确保电极厚度足够，约为四微米。重复印刷过程，直至所有预拉伸的膜均完成压印后，将带有压印电极的膜置于80摄氏度的烘箱中加热30分钟。然后将其中一片印刷好的膜倒置放在打印机基座上，使膜的背面朝上暴露。

启动两轮打印循环，以制备底部电极。完成驱动器制备时，将膜置于80摄氏度的烘箱中加热30分钟，使底部电极交联。为建立电连接，首先移除驱动器框架的保护背衬，以暴露粘合层。

然后将一块18毫米×2.5毫米的胶带贴在驱动器框架将与底电极接触的部分，并将其折叠至框架侧面，以提供可接触的电连接点。接着将驱动器框架插入膜固定器内，用手指轻轻按压膜，使其粘附在驱动器框架的粘合剂上。使用手术刀在膜固定器与驱动器框架的边界处切割膜，并取下膜固定器。

在顶电极的接触区域贴上第二条18毫米×2.5毫米的导电胶带。最后，将导线分别放置在每条导电胶带上以形成电连接。将两根导线连接至高压电源，并施加幅值为2千伏、频率为2赫兹的方波信号。

浇铸硅胶膜的干膜厚度取决于涂布器的间隙设置，同时也受涂布速度的影响。对于较厚的膜层，速度的影响更为显著。在频率为1赫兹、每微米超过100伏特的电场作用下，该驱动器可实现较大的形变。

执行器的径向驱动应变与所施加的直流电压呈二次关系。观看本视频后，您应能够充分理解如何制备具有短响应时间的平面介电弹性体执行器。使用低机械损耗硅酮弹性体的一个优势。

该操作的关键在于能够制备出具有明确定义电极的可重复执行器。我们的制备工艺展示了一种实现介电弹性体执行器大规模制造的可行途径。