שיפור רגישות של חיישני לחץ קיבולי רך באמצעות טכניקת בקרת נקבוביות מבוססת אידוי ממס

הצענו שיטה חדשה לייצור חיישן לחץ תחרותי גמיש עם ביצועים הניתנים לשליטה. זה מושג על ידי התאמת חלק המסה ממס כדי לשלוט על נקבוביות של השכבה הדיאלקטרית. אופטימיזציה של חיישן הלחץ התחרותי מושגת על ידי שיטת הפעלה חסכונית וקלה הנמנעת משימוש במתקני מיקרו-ייצור מתוחכמים.

כדי לייצר את השכבה הדיאלקטרית PDMS נקבובית, לשקול סוכר מסונן אבקת אריתריטול עם יחס מסה של 20 ל 1 ולערבב אותם באופן שווה על ידי טלטול. מלאו את התערובת בתבנית מתכת אריתריטול סוכר שהושגה באופן מסחרי ולחצו על פני השטח כדי להפוך את חומר המילוי לקומפקטי. מחממים את התערובת בתנור הסעה בחום של 135 מעלות למשך שעתיים.

לאחר החימום, מניחים לתערובת להתקרר בטמפרטורת החדר לפני הסרת גוש הסוכר. כדי לייצר את השכבה הדיאלקטרית PDMS הנשלטת על ידי נקבוביות, שוקלים חמישה גרם טולואן, חמישה גרם בסיס PDMS ו-0.5 גרם חומר מרפא PDM בצינור צנטריפוגה ומערבבים את התמיסה באופן שווה. צנטריפוגו את התמיסה ב-875G למשך 30 שניות בטמפרטורת החדר כדי להסיר בועות אוויר.

הניחו את התבנית הנקבובית מרובעת הסוכר-אריתריטול בצלחת פטרי. הכניסו סרט דו-צדדי כספייסרים מתחת לארבע הפינות כדי להרים את התבנית משטח צלחת הפטרי. יוצקים את תמיסת הטולואן PDMS לתוך התבנית ומטים מעט את התבשיל כדי למלא את כל הרווחים בין חלקיקי הסוכר.

לאחר מכן, מניחים את המנה במייבש ואקום ו degas במשך 20 דקות. לאחר פירוק הגזים, מעבירים את התבשיל מהמייבש לתנור בחום של 90 מעלות צלזיוס למשך 45 דקות כדי לאדות את הטולואן ולרפא את ה-PDMS הנוזלי. לאחר מכן, לטבול את PDMS נרפא מוטבע בתבנית נקבובית במים deionized.

מחממים על פלטה חמה בחום של 140 מעלות צלזיוס עד שתבנית הסוכר מתמוססת לחלוטין ומנקים את ה-PDMS הנקבובי במים נטולי יונים. לייצור שכבות אלקטרודות גמישות המבוססות על ECPCs, ראשית, לסנתז דיו ECPCs על ידי שקילת 0.16 גרם של ננו-צינורות פחמן, או CNT, וארבעה גרם של טולואן בכד. מכסים את הכד בסרט איטום למניעת אידוי הממס ומערבבים מגנטית במהירות 250 סל"ד למשך 90 דקות.

שוקלים שני גרם בסיס PDMS ושני גרם טולואן בכד, ומניחים על מערבל מגנטי במהירות 200 סל"ד למשך שעה. לאחר הכנת שני התמיסות, ערבבו את מתלה הטולואן CNT עם תמיסת הטולואן הבסיסית PDMS וכסו את הכד בסרט איטום. מערבבים מגנטית ב-250 סל"ד למשך שעתיים.

לאחר הערבוב, לחשוף את הכד ולהוסיף 0.2 גרם של חומר ריפוי PDMS לתוך התמיסה המעורבת. מערבבים מגנטית בטמפרטורה של 75 מעלות צלזיוס ו-250 סל"ד למשך שעה. כדי לגרד את האלקטרודות, שקלו טולואן, בסיס PDMS וחומר ריפוי PDMS בצינור צנטריפוגה עם יחס מסה של 2 עד 10 ל -1 וערבבו את התמיסה באופן שווה.

לאחר מכן, צנטריפוגו את התמיסה ב-875G למשך 30 שניות בטמפרטורת החדר כדי להסיר בועות אוויר. יוצקים 1.3 גרם של תמיסת טולואן PDMS לתוך תבנית מתכת אלקטרודה המתקבלת באופן מסחרי עם תבנית אלקטרודה מובלטת. מניחים את התבנית בוואקום מייבש ו degas במשך 10 דקות.

לאחר מכן, לרפא את PDMS בתבנית על צלחת חמה ב 90 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות. לאחר קירור בטמפרטורת החדר, מקלפים את סרט PDMS עם דוגמה. חבר את הצד השטוח של סרט PDMS לפרוסת סיליקון.

ציפוי גירוד הדיו של ECPCs לתוך תבנית האלקטרודות. רפא את הדיו של ECPC על צלחת חמה ב 90 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות. להדבקה ואריזה של חיישנים קיבוליים רכים, חבר את חוט המתכת לאלקטרודה.

זרקו צבע מוליך כסף במקום החיבור לקבלת מוליכות טובה והמתינו עד שהצבע המוליך הכסוף יתייבש. זרוק את תמיסת PDMS על החיבור כדי לאטום לחלוטין את הצבע המוליך הכסוף המיובש. לרפא את PDMS על צלחת חמה ב 90 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות.

לאחר הריפוי, חזור על השלבים לחיבור החוט לשכבות האלקטרודות העליונות והתחתונות. יש למרוח שכבה דקה של PDMS באופן שווה על סרט האלקטרודה כשכבת הדבקה לחיבור בין השכבה האלקטרודה לשכבה הדיאלקטרית. לאחר מכן, הניחו את השכבה הדיאלקטרית PDMS הנקבובית המיוצרת על שכבת האלקטרודה.

רפא את דבק PDMS ב 95 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות. הניחו צלחת פטרי מזכוכית על ה-PDMS הנקבובי כדי להבטיח מגע טוב בין שתי השכבות במהלך החימום. יש למרוח שכבה דקה של PDMS באופן שווה על שכבת האלקטרודה השנייה.

לאחר מכן, הפוך את השכבה הדיאלקטרית של האלקטרודה המלוכדת ומקם אותה על שכבת האלקטרודה היחידה השנייה. לאחר יישור שתי האלקטרודות, סיים את החיבור בין שכבת PDMS הנקבובית לבין שכבת האלקטרודות השנייה. לבדיקת ביצועי החישה, שלוט במנוע הצעד כדי להניע את הנכנס לנוע מטה אנכית במרחק מתוכנת.

רשום את הקיבול ואת נתוני הלחץ הסטנדרטיים על ידי הגדלת כוח ההעמסה באותו מרווח בכל מחזור טעינה רצוף עד שלחץ ההעמסה מגיע ל -40 ניוטון. שוב, שלוט במנוע הצעד ורשום את הקיבול ואת נתוני הלחץ הסטנדרטיים. חזור על בדיקות הטעינה והפריקה במשך 2, 500 מחזורים תוך הקלטת הקיבול של המכשיר הנבדק כפונקציה של קריאת הלחץ הסטנדרטית.

שלוט בכניסה ללחוץ מטה במהירות ולהישאר יציב למשך מספר שניות לפני שתחזור לאפס עומס ניוטון. חזור על הליך זה חמש פעמים ורשום את הקיבול כפונקציה של זמן. תמונות מיקרוסקופ אופטי של השכבות הדיאלקטריות PDMS הנקבוביות שנוצרו עם יחסי מסה שונים של טולואן PDMS הראו כי עובי דופן הנקבוביות ירד עם הגדלת יחס המסה של תמיסת טולואן PDMS.

ניתוח הסימולציה הראה כי נקבוביות גבוהה יותר תרמה לזן דחיסה גדול יותר, עם ליניאריות משופרת תחת אותו לחץ דחיסה שהופעל. עקומת תגובת לחץ הקיבול של החיישנים עם שכבות דיאלקטריות PDMS נקבוביות עם יחסי מסה שונים של PDMS טולואן הציגה רגישות שונה. בטווח העמסת לחץ של 0 עד 10 קילופסקל, החיישן עם יחס מסה של טולואן PDMS אחד לאחד הציג רגישות גבוהה פי שניים מזו של החיישן עם יחס המסה של שמונה לאחד PDMS טולואן.

עם הגברת הלחץ, נקבוביות השכבה הדיאלקטרית הצטמצמו בהדרגה בגודלן, ופחתו הרגישות עד שהגיעה לאותה רמה עבור כל הנקבוביות. התגובה הקיבולית לחמש בדיקות טעינה רצופות, פריקה תחת אותו לחץ העמסה של 10 קילופסקל מוצגת. זמן התגובה של הטעינה נמצא 0.2 שניות.

הבדיקות המחזוריות גילו כי לחיישן הקיבולי הרך המפוברק הייתה יכולת חזרה מצוינת לאחר 2, 500 מחזורים. הנקבוביות של השכבה הדיאלקטרית PDMS תפחת ככל שיחס המסה של PDMS toluene יגדל, מה שישפיע על ביצועי החיישן.