Fabricación de actuadores electromecánicos electromecánicos activos basados en carbono

Este protocolo describe la fabricación de material electromecánico activo a base de carbono para aplicaciones biomédicas y de robótica blanda. La principal ventaja de este método es que permite la fabricación reproducible de actuadores iónicos también en grandes cantidades. Ver este video debería darte una buena comprensión sobre cómo fabricar y usar actuadores iónicos.

El protocolo se divide en cinco pasos. En primer lugar, se prepara una membrana conductora de iones. A continuación, se cubre con electrodos a base de carbono a los que están unidos los colectores de corriente de oro.

Después de cortar la muestra en forma, el material está listo para su uso. Para empezar, elija entre una membrana tri-PTFE, la misma membrana empapada en electrolito, o una membrana reforzada textil. Cada opción da como resultado un actuador funcional.

Consulte el texto para obtener ayuda con la selección. El material se prepara con un marco. Tome una hoja de PTFE de alta porosidad y colóquela sobre el marco.

Apriete y fije la hoja en el marco. Tenga cuidado de no dañar la membrana seca. Una vez que la membrana esté lista, salte al paso de fabricación de electrodos.

Tome un plato grande de Petri y coloque una hoja de PTFE de alta porosidad en su interior. Añadir un exceso de líquido iónico. Asegúrese de que toda la hoja esté cubierta.

Una vez que la membrana esté suficientemente empapada, retire el exceso con una pipeta. Coloque cuidadosamente la membrana entre los papeles de filtro para eliminar cualquier líquido iónico restante que no haya siendo absorbido por la hoja de PTFE. Repita este proceso hasta que la hoja sea semitransparente pero no húmeda.

Apriete y sujete la membrana empapada en un marco de plástico. Asegúrese de evitar las arrugas y pliegues. Ahora que la membrana está lista, vaya al paso de fabricación de electrodos.

Tome un tejido con finas fibras inertes y óbralo en un marco. Asegúrate de tensar bien. Recortar cualquier exceso de tela con tijeras.

Retire con cuidado las fibras sueltas. Mientras trabaja bajo la campana de humo, cubra la tela con una fina capa de solución de membrana. Consulte el texto de la receta exacta.

Deje que la primera capa se seque por completo. En primer lugar, utilice la pistola de calor y más tarde la pistola de calor junto con una configuración dedicada para acelerar el proceso de secado. Evite el uso de una tasa de centrifugación demasiado alta en una membrana completamente húmeda, ya que puede resultar en la pérdida de material activo.

Consulte el texto para obtener más detalles. Inspeccione la membrana contra la luz de fondo en busca de agujeros. Siga aplicando capas de recubrimiento hasta que se obtenga una membrana libre de defectos.

Añada las capas de membrana posteriores con extrema precaución. Aplique capas delgadas como sea posible y nunca repase las superficies ya mojadas dos veces. Aplique capas en ambos lados.

De esta manera, el refuerzo permanecerá en el centro del compuesto. Deje secar una capa antes de añadir otra. Una vez obtenida una membrana libre de defectos, compruebe su espesor utilizando un medidor de espesor.

Actualmente, es de 54 micrómetros. En un matraz sellado, disuelva el polímero en el disolvente agitando durante la noche a 70 grados Celsius utilizando un agitador magnético y una placa caliente con temperatura controlada. Consulte el texto de la receta exacta.

En otro matraz, pese el polvo de carbono, agregue líquido iónico, disolvente y una barra de agitación magnética. Selle el matraz y mezcle. Una vez que la suspensión de carbono se ha homogeneizado y el polímero se ha disuelto, fijar o quitar el cordón magnético y verter la solución de polímero en la suspensión de carbono.

Utilice 10 mililitros de disolvente para eliminar los residuos de polímeros de las paredes del matraz y añadirlos a la suspensión de carbono. Homogeneizar la suspensión utilizando una sonda ultrasónica. Después de eso, la suspensión está lista para su uso o almacenamiento.

Llene el depósito de una pistola de pulverización o cepillo de aire con acetona. Pruebe primero el flujo en un pedazo de papel. Asegúrese de que el cepillo de aire esté limpio y libre de obstrucciones.

Durante el almacenamiento, la suspensión puede convertirse en un gel. Mezclar en un recipiente cerrado a 70 grados Celsius para obtener un líquido. Llene el depósito del cepillo de aire con la suspensión del electrodo.

Pruebe primero el flujo de suspensión en un pedazo de papel. Tome la membrana preparada. Comience a mover la pistola de pulverización antes de empezar a rociar.

Mantenga el arma moviéndose en golpes rectos. Deje que un lado se seque antes de empezar a rociar sobre el otro. Rocíe hasta que se haya alcanzado el espesor deseado.

Retire con cuidado el material del marco. Si se utilizó la membrana reforzada textil, alinee el corte con las fibras. Corta una pieza de cuatro por tres centímetros usando una regla de metal y un bisturí.

Este tamaño de corte es más conveniente para lotes pequeños y medianos. Sin embargo, no es crucial para la obtención de actuadores de trabajo. Tome un tubo de metal o tubería y fije la pieza cortada en él.

Intente superponerse sólo alrededor de un milímetro del material del actuador con cinta adhesiva. Tome una hoja de oro fino en papel de transferencia y córtela en cuatro por cuatro pedazos de centímetro. Coloque uno de ellos en un papel tisú.

Rocíe el compuesto con una fina capa de pegamento. Consulte el texto de la receta exacta. Almacene rápidamente el cepillo de aire en posición vertical.

Enrolle la tubería sobre la hoja de oro mientras el pegamento todavía está húmedo. No se necesita presión excesiva para rodar. Retire la transferencia y vuelva a rodar sobre el papel tisú para asegurarse de que el oro esté correctamente unido.

Coloque el material para secar. Una vez seca, retire cuidadosamente la cinta para liberar el material de la tubería. Limpie la tubería con acetona.

Fijar el material en la tubería, lado recubierto de oro frente a la tubería. A continuación, repita los pasos para conectar el selector actual en el otro lado también. Tenga en cuenta los lados que estaban cubiertos con cinta adhesiva.

Recorta rectángulos o formas más complejas. Una muestra de cuatro por 20 milímetros es buena para la caracterización. Alinee la longitud de la muestra con una dirección curvada.

La pinza suave debe ser termoformada primero. Coloque el actuador en un molde de vial de vidrio para termoformar la pinza en forma. Una vez que el actuador esté dentro del molde, colóquelos en un horno o utilice la luz infrarroja.

La pinza se coloca entre los contactos de oro, el lado dorado que mira hacia el material activo. Los pasos de voltaje se aplican para manejar la carga útil. Apertura de la pinza.

Cerrando la pinza. Levantando la carga útil a mano. Probando el agarre.

Y finalmente, liberando la carga útil. Los clips Kelvin se utilizan para la caracterización. Coloque el actuador entre abrazaderas y monitoree el ángulo alfa con una cámara de vídeo.

En caso de señal triangular, la respuesta actual de un actuador funcional es capacitiva. Mientras que la respuesta de una muestra defectuosa sigue de cerca la Ley de Ohm y es resistiva. Utilice la microscopía electrónica de barrido para describir la estructura del actuador.

Las muestras se fracturan por congelación utilizando nitrógeno líquido para obtener secciones transversales de corte limpio. Precaución:Nunca cierre la tapa de un recipiente de nitrógeno líquido. La acumulación de presión podría causar lesiones graves.

En primer lugar, congele el actuador durante unos minutos en nitrógeno líquido. A continuación, utilice dos juegos de pinzas frías para romper la muestra congelada. Es posible que los actuadores reforzados textiles no se rompan ni siquiera en estado congelado.

Congele un bisturí junto con el actuador y corte la muestra congelada en dos trozos. Se trata de una sección transversal de un actuador de PTFE que muestra dos electrodos de carbono, separados por una membrana de PTFE, formando el actuador. El punto clave de este método es la inclusión de un refuerzo inerte como el PTFE en la capa de membrana.

Esto simplifica significativamente el proceso de fabricación y permite fabricar reproduciblemente los materiales activos a gran escala. Nuestro método muestra una ruta prometedora hacia la fabricación a escala industrial de actuadores iónicos.