Électrodes souples à base de canaux microfluidiques et leur application dans la détection capacitive de pression

Summary

Les électrodes flexibles ont un large éventail d’applications dans la robotique douce et l’électronique portable. Le protocole actuel démontre une nouvelle stratégie pour fabriquer des électrodes hautement extensibles à haute résolution via des canaux microfluidiques définis lithographiquement, ce qui ouvre la voie à de futurs capteurs de pression douce haute performance.

Abstract

Les électrodes flexibles et extensibles sont des composants essentiels des systèmes sensoriels artificiels souples. Malgré les progrès récents de l’électronique flexible, la plupart des électrodes sont limitées par la résolution des motifs ou la capacité de l’impression à jet d’encre avec des matériaux super-élastiques à haute viscosité. Dans cet article, nous présentons une stratégie simple pour fabriquer des électrodes composites extensibles à base de microcanaux, qui peuvent être obtenues en grattant des composites polymères conducteurs élastiques (ECPC) dans des canaux microfluidiques lithographiquement gaufrés. Les ECPC ont été préparés par une méthode d’évaporation de solvants volatils, qui permet d’obtenir une dispersion uniforme de nanotubes de carbone (NTC) dans une matrice de polydiméthylsiloxane (PDMS). Par rapport aux méthodes de fabrication conventionnelles, la technique proposée peut faciliter la fabrication rapide d’électrodes extensibles bien définies avec une suspension à haute viscosité. Étant donné que les électrodes de ce travail étaient constituées de matériaux entièrement élastomères, de fortes liaisons peuvent être formées entre les électrodes à base d’ECPC et le substrat à base de PDMS aux interfaces des parois des microcanaux, ce qui permet aux électrodes de présenter une robustesse mécanique sous des contraintes de traction élevées. De plus, la réponse mécanique-électrique des électrodes a également été systématiquement étudiée. Enfin, un capteur de pression douce a été développé en combinant une mousse de silicone diélectrique et une couche d’électrodes interdigitées (IDE), ce qui a démontré un grand potentiel pour les capteurs de pression dans les applications de détection tactile robotique douce.

Introduction

Les capteurs de pression douce ont été largement explorés dans des applications telles que les préhenseurs robotiques pneumatiques¹, l’électronique portable², les systèmes d’interface homme-machine³, etc. Dans de telles applications, le système sensoriel nécessite flexibilité et extensibilité pour assurer un contact conforme avec des surfaces curvilignes arbitraires. Par conséquent, il nécessite tous les composants essentiels, y compris le substrat, l’élément transducteur et l’électrode, pour fournir une fonctionnalité cohérente dans des conditions de déformation extrêmes⁴.....

Protocol

1. Synthèse de la boue ECPC

1. Disperser les NTC dans un solvant toluène à un rapport pondéral de 1:30 et diluer la base PDMS avec du toluène à un rapport pondéral de 1:1.
   NOTA: L’ensemble de la procédure expérimentale, qui est illustrée à la figure 1, doit être effectué dans une hotte bien ventilée.
2. Agiter magnétiquement la suspension NTC/toluène et la solution PDMS/toluène à température ambiante pendant 1 h.
   REMARQUE: Cette étape permet aux NTC d’être bien dispersés dans la matrice PDMS à l’étape suivante.
3. Mélanger la suspension de NTC/toluène et la solution PDMS/toluène pour former un m....

Results

En suivant le protocole, les ECPC peuvent être modelés via le canal microfluidique, ce qui conduit à la formation d’électrodes extensibles à haute résolution. Les figures 3A, B montrent des photographies d’électrodes souples avec différents dessins de traces et résolutions d’impression. La figure 3C montre les différentes largeurs de ligne des électrodes fabriquées, y compris 50 μm, 100 μm et 200 μm. La résistance de chaque électrode est présent.......

Discussion

Dans ce protocole, nous avons démontré une nouvelle méthode d’impression par canal microfluidique pour les électrodes extensibles. Le matériau conducteur de l’électrode, la boue ECPC, peut être préparé par la méthode d’évaporation du solvant, ce qui permet aux NTC d’être bien dispersés dans la matrice PDMS, formant ainsi un polymère conducteur qui présente une extensibilité aussi élevée que le substrat PDMS.

Dans le processus de grattage, la boue ECPC est rapidement remplie dans le canal micro.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Appareil photo	OPLENIC APPAREIL PHOTO
Nanotubes de carbone (CNTs)	Nanjing Xianfeng Nano-technologie		Diamètre : 10-20 nm, Longueur : 10-30 &mu ; m
Agitateur à plaque chauffante	Thermo Scientific	Super-Nuova+	Équipement d’agitation et de chauffage
Compteur LCR	Équipement de mesure	capacitive Keysight	E4980AL
Microscope	SDPTOP
Multimètre	Fluke		Équipement de mesure de résistance
Four	Yamoto	DX412C	Équipement de chauffage
Masque photo	Shenzhen Weina Technologie
Photoresist	Microchem	SU-8 3050
Polydiméthylsiloxane (PDMS)	Dow Corning	Sylgard 184	Élastomère
de silicone Mousse de silicone	lisse sur	Soma Foama 25	Mousse flexible de silicone platine à deux composants
Gaufrette	silicone Suzhou Crystal Silicon Electronic & Technologie		Diamètre :2 pouces
Agitateur	IKA	Color Squid	Équipement d’agitation
Toluène	Sinopharm Réactif		Solvant pour la préparation des ECPC
Triéthoxysilane	Macklin