Electrodos blandos basados en canales microfluídicos y su aplicación en la detección de presión capacitiva

Summary

Los electrodos flexibles tienen una amplia gama de aplicaciones en robótica blanda y electrónica portátil. El protocolo actual demuestra una nueva estrategia para fabricar electrodos altamente estirables con alta resolución a través de canales microfluídicos definidos litográficamente, lo que allana el camino para futuros sensores de presión suave de alto rendimiento.

Abstract

Los electrodos flexibles y estirables son componentes esenciales en los sistemas sensoriales artificiales blandos. A pesar de los recientes avances en electrónica flexible, la mayoría de los electrodos están restringidos por la resolución del patrón o la capacidad de impresión de inyección de tinta con materiales superelásticos de alta viscosidad. En este documento, presentamos una estrategia simple para fabricar electrodos compuestos estirables basados en microcanales, que se pueden lograr raspando compuestos de polímeros conductores elásticos (ECPC) en canales microfluídicos en relieve litográficamente. Los ECPC se prepararon mediante un método de evaporación de disolventes volátiles, que logra una dispersión uniforme de nanotubos de carbono (CNT) en una matriz de polidimetilsiloxano (PDMS). En comparación con los métodos de fabricación convencionales, la técnica propuesta puede facilitar la fabricación rápida de electrodos estirables bien definidos con lodos de alta viscosidad. Dado que los electrodos en este trabajo estaban compuestos de materiales totalmente elastoméricos, se pueden formar fuertes interconexiones entre los electrodos basados en ECPC y el sustrato basado en PDMS en las interfaces de las paredes del microcanal, lo que permite que los electrodos exhiban robustez mecánica bajo altas tensiones de tracción. Además, también se estudió sistemáticamente la respuesta mecánico-eléctrica de los electrodos. Finalmente, se desarrolló un sensor de presión suave combinando una espuma de silicona dieléctrica y una capa de electrodos interdigitados (IDE), y esto demostró un gran potencial para los sensores de presión en aplicaciones de detección táctil robótica blanda.

Introduction

Los sensores de presión suave se han explorado ampliamente en aplicaciones como pinzas robóticas neumáticas¹, electrónica portátil², sistemas de interfaz hombre-máquina³, etc. En tales aplicaciones, el sistema sensorial requiere flexibilidad y capacidad de estiramiento para garantizar el contacto conforme con superficies curvilíneas arbitrarias. Por lo tanto, requiere que todos los componentes esenciales, incluidos el sustrato, el elemento transductor y el electrodo, proporcionen una funcionalidad consistente en condiciones extremas de deformación⁴. Además, para mantener un....

Protocol

1. Síntesis de los purines ECPCs

1. Dispersar los CNT en un disolvente de tolueno en una relación de peso de 1:30 y diluir la base PDMS con tolueno en una relación de peso de 1:1.
   NOTA: Todo el procedimiento experimental, que se muestra en la Figura 1, debe llevarse a cabo en una campana extractora bien ventilada.
2. Agitar magnéticamente la suspensión de CNTs/tolueno y la solución PDMS/tolueno a temperatura ambiente durante 1 h.
   NOTA: Este paso permite que los CNT estén bien dispersos en la matriz PDMS en el siguiente paso.
3. Mezclar la suspensión de CNT/tolueno y la solución de PDMS/tolueno p....

Results

Siguiendo el protocolo, los ECPC se pueden modelar a través del canal microfluídico, lo que conduce a la formación de electrodos estirables con una alta resolución. Las figuras 3A, B muestran fotografías de electrodos blandos con diferentes diseños de trazas y resoluciones de impresión. La Figura 3C muestra los diferentes anchos de línea de los electrodos fabricados, incluidos 50 μm, 100 μm y 200 μm. La resistencia de cada electrodo se presenta .......

Discussion

En este protocolo, hemos demostrado un nuevo método de impresión basado en canales microfluídicos para electrodos estirables. El material conductor del electrodo, la suspensión ECPC, se puede preparar mediante el método de evaporación del disolvente, que permite que los CNT se dispersen bien en la matriz PDMS, formando así un polímero conductor que exhibe una capacidad de estiramiento tan alta como el sustrato PDMS.

En el proceso de raspado, la suspensión ECPC se llena rápidamente en el canal .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cámara			DIGITAL OPLENIC
Nanotubos de carbono (CNTs)	Nanjing Xianfeng Nanotecnología		Diámetro: 10-20 nm, longitud: 10-30 μ m
Agitador de placa calefactora	Thermo Scientific	Super-Nuova+	Equipo de agitación y calentamiento
Medidor LCR	Keysight	E4980AL	Equipo de medición de capacitancia
Microscopio	SDPTOP
Multímetro	Fluke		Equipo de medición de resistencia
Horno	Yamoto	DX412C	Equipo de calefacción
Mascarilla fotográfica	Shenzhen Weina Tecnología
electrónica Fotorresistencia	Microchem	SU-8 3050
Polidimetilsiloxano (PDMS)	Dow Corning	Sylgard 184	Elastómero
de silicona Espuma	de silicona lisa en	Soma Foama 25	Silicona de platino de dos componentes Espuma flexible
Oblea de silicona	Suzhou Crystal Silicon Electronic & Tecnología		Diámetro:2 pulgadas
Agitador	IKA	Color Squid	Equipo de agitación
Tolueno	Sinopharm Reactivo		Solvente para la preparación de ECPCs
Trietoxisilano	Macklin