Fabrication d’actionneurs mous électromécaniquement électromécaniques à base de carbone

Ce protocole décrit la fabrication de matériaux électromécaniquement actifs à base de carbone pour des applications robotiques biomédicales et douces. Le principal avantage de cette méthode est qu’elle permet la fabrication reproductible d’actionneurs ioniques également en grande quantité. Regarder cette vidéo devrait vous donner une bonne compréhension sur la façon de fabriquer et d’utiliser des actionneurs ioniques.

Le protocole est divisé en cinq étapes. Tout d’abord, une membrane ion-conduite est préparée. Il est ensuite recouvert d’électrodes à base de carbone auxquelles les collecteurs de courant d’or sont attachés.

Après avoir coupé l’échantillon en forme, le matériau est prêt à l’emploi. Pour commencer, choisissez entre une membrane tri-PTFE, la même membrane imbibée d’électrolyte, ou une membrane textile renforcée. Chaque option se traduit par un actionneur fonctionnel.

Consultez le texte pour obtenir de l’aide pour la sélection. Le matériau est préparé à l’aide d’un cadre. Prenez une feuille PTFE à haute porosité et placez-la sur le cadre.

Tendu et attacher la feuille sur le cadre. Veillez à ne pas endommager la membrane sèche. Une fois la membrane prête, passez à l’étape de fabrication de l’électrode.

Prenez une grande boîte de Pétri et placez une feuille ptfe à haute porosité à l’intérieur. Ajouter un excès de liquide ionique. Assurez-vous que toute la feuille est couverte.

Une fois la membrane suffisamment trempée, retirer l’excédent à l’aide d’une pipette. Placez soigneusement la membrane entre les papiers filtrants pour enlever tout liquide ionique restant qui n’a pas été absorbé par la feuille PTFE. Répétez ce processus jusqu’à ce que la feuille soit semi-transparente mais non mouillée.

Tendu et attacher la membrane trempée sur un cadre en plastique. Assurez-vous d’éviter les rides et les plis. Maintenant que la membrane est prête, passez à l’étape de fabrication de l’électrode.

Prenez un tissu avec de fines fibres inertes et attachez-le sur un cadre. Assurez-vous de bien l’a tendu. Coupez tout excès de tissu à l’aide de ciseaux.

Retirez soigneusement les fibres lâches. Tout en travaillant sous le capot de fumée, couvrez le tissu avec une fine couche de solution membranaire. Voir le texte pour la recette exacte.

Laissez sécher complètement la première couche. Tout d’abord, utilisez le pistolet thermique et plus tard le pistolet thermique avec une configuration dédiée pour accélérer le processus de séchage. Évitez d’utiliser un taux de rotation trop élevé sur une membrane complètement humide car il peut entraîner la perte de matériel actif.

Voir le texte pour plus de détails. Inspecter la membrane contre le rétro-éclairage pour décelés. Continuer à appliquer des couches de revêtement jusqu’à ce qu’une membrane sans défaut soit obtenue.

Ajoutez les couches membranaires suivantes avec une extrême prudence. Appliquez des couches minces autant que possible et ne passez jamais deux fois sur des surfaces déjà mouillées. Appliquer des couches des deux côtés.

De cette façon, le renforcement restera au milieu du composite. Laissez sécher une couche avant d’en ajouter une autre. Une fois qu’une membrane sans défaut a été obtenue, vérifiez son épaisseur à l’aide d’une jauge d’épaisseur.

Actuellement, il est de 54 micromètres. Dans un flacon scellé, dissoudre le polymère dans le solvant en remuant toute la nuit à 70 degrés Celsius à l’aide d’un agitateur magnétique et d’une plaque chaude à température contrôlée. Voir le texte pour la recette exacte.

Dans un autre flacon, peser la poudre de carbone, ajouter le liquide ionique, solvant, et une barre magnétique remuer. Sceller le flacon et mélanger. Une fois que la suspension en carbone s’est homogénéisée et que le polymère s’est dissous, fixez ou enlevez la perle magnétique et versez la solution polymère dans la suspension en carbone.

Utilisez 10 millilitres de solvant pour éliminer les résidus de polymère des parois des flacons et les ajouter à la suspension en carbone. Homogénéiser la suspension à l’aide d’une sonde ultrasonique. Après cela, la suspension est prête pour l’utilisation ou le stockage.

Remplissez le réservoir d’un pistolet pulvérisateur ou d’une brosse à air comprimé d’acétone. Testez d’abord le flux sur un morceau de papier. Assurez-vous que la brosse à air est propre et exempte de blocages.

Pendant l’entreposage, la suspension peut se transformer en gel. Mélangez-le dans un récipient fermé à 70 degrés Celsius pour obtenir un liquide. Remplissez le réservoir de la brosse à air avec la suspension d’électrode.

Testez d’abord le flux de suspension sur un morceau de papier. Prenez la membrane préparée. Commencez à déplacer le pistolet de pulvérisation avant de commencer à pulvériser.

Gardez l’arme en mouvement en traits droits. Laissez sécher un côté avant de commencer à pulvériser de l’autre. Vaporiser jusqu’à ce que l’épaisseur désirée ait été atteinte.

Retirez soigneusement le matériau du cadre. Si la membrane renforcée textile a été utilisée, puis aligner la coupe avec les fibres. Couper un morceau de quatre par trois centimètres à l’aide d’une règle métallique et d’un scalpel.

Cette taille de coupe est plus pratique pour les lots de petite à moyenne taille. Toutefois, il n’est pas crucial d’obtenir des actionneurs de travail. Prenez un tube ou un tuyau métallique et fixez la pièce coupée dessus.

Essayez de ne chevaucher qu’environ un millimètre du matériau de l’actionneur avec du ruban adhésif. Prenez une feuille d’or fin sur du papier de transfert et coupez-la en morceaux de quatre par quatre centimètres. Placez l’un d’eux sur un papier de soie.

Vaporiser le composite d’une fine couche de colle. Voir le texte pour la recette exacte. Rangez rapidement le magasin de l’air à la verticale.

Rouler le tuyau sur la feuille d’or pendant que la colle est encore humide. Aucune pression excessive n’est nécessaire pour rouler. Retirez le transfert et roulez à nouveau sur le papier de soie pour vous assurer que l’or est bien attaché.

Placez le matériau à sécher. Une fois sec, retirez soigneusement le ruban adhésif pour libérer le matériau du tuyau. Nettoyez le tuyau avec de l’acétone.

Fixer le matériau sur le tuyau, côté enduit d’or face au tuyau. Ensuite, répétez les étapes pour attacher le collecteur actuel de l’autre côté aussi. Notez les côtés qui ont été recouverts de ruban adhésif.

Découpez des rectangles ou des formes plus complexes. Un échantillon de quatre par 20 millimètres est bon pour la caractérisation. Aligner la longueur de l’échantillon avec une direction incurvante.

La pince molle doit d’abord être thermoformée. Placez l’actionneur dans un moule de flacon de verre pour thermoformer la pince en forme. Une fois que l’actionneur est à l’intérieur du moule, placez-les tous les deux dans un four ou utilisez la lumière infrarouge.

La pince est placée entre les contacts d’or, le côté or face au matériau actif. Des étapes de tension sont appliquées pour gérer la charge utile. Ouverture de la pince.

Fermeture de la pince. Soulever la charge utile à la main. Tester l’adhérence.

Et enfin, libérer la charge utile. Les clips Kelvin sont utilisés pour la caractérisation. Placez l’actionneur entre les pinces et surveillez l’alpha d’angle à l’aide d’une caméra vidéo.

En cas de signal triangulaire, la réponse actuelle d’un actionneur fonctionnel est capacitive. Considérant que la réponse d’un échantillon défectueux suit de près la loi d’Ohm et résiste. Utilisez la microscopie électronique à balayage pour décrire la structure de l’actionneur.

Les échantillons sont gelés fracturés à l’aide d’azote liquide pour obtenir des sections transversales propres. Attention : Ne fermez jamais le couvercle d’un contenant d’azote liquide. L’accumulation de pression pourrait causer des blessures graves.

Tout d’abord, congeler l’actionneur pendant quelques minutes dans de l’azote liquide. Ensuite, utilisez deux ensembles de pinces froides pour casser l’échantillon congelé. Les actionneurs renforcés de textile pourraient ne pas se briser à l’état gelé.

Congeler un scalpel avec l’actionneur et hacher l’échantillon congelé en deux morceaux. Il s’agit d’une section transversale d’un actionneur PTFE montrant deux électrodes de carbone, séparées par une membrane PTFE, formant l’actionneur. Le point clé de cette méthode est l’inclusion d’un renforcement inerte tel que PTFE dans la couche membranaire.

Cela simplifie considérablement le processus de fabrication et permet de reproduire les matériaux actifs à grande échelle. Notre méthode montre une voie prometteuse vers la fabrication industrielle d’actionneurs ioniques.