Gli elettrodi flessibili hanno una vasta gamma di applicazioni nella robotica morbida e nell'elettronica indossabile. Il presente protocollo dimostra una nuova strategia per fabbricare elettrodi altamente estensibili ad alta risoluzione tramite canali microfluidici litograficamente definiti, che apre la strada a futuri sensori di pressione morbida ad alte prestazioni.
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Articolo metodologico
Elettrodi morbidi basati su canali microfluidici e loro applicazione nel rilevamento capacitivo della pressione
In questo articolo
Sommario
Abstract
Gli elettrodi flessibili ed estensibili sono componenti essenziali nei sistemi sensoriali artificiali morbidi. Nonostante i recenti progressi nell'elettronica flessibile, la maggior parte degli elettrodi è limitata dalla risoluzione del pattern o dalla capacità di stampa a getto d'inchiostro con materiali superelastici ad alta viscosità. In questo articolo, presentiamo una semplice strategia per fabbricare elettrodi compositi estensibili basati su microcanali, che possono essere ottenuti raschiando compositi polimerici conduttivi elastici (ECPC) in canali microfluidici litograficamente goffrati. Gli ECPC sono stati preparati con un metodo di evaporazione con solvente volatile, che raggiunge una dispersione uniforme di nanotubi di carbonio (CNT) in una matrice di polidimetilsilossano (PDMS). Rispetto ai metodi di fabbricazione convenzionali, la tecnica proposta può facilitare la fabbricazione rapida di elettrodi estensibili ben definiti con liquami ad alta viscosità. Poiché gli elettrodi in questo lavoro erano costituiti da materiali interamente elastomerici, è possibile formare forti interconnessioni tra gli elettrodi basati su ECPC e il substrato basato su PDMS alle interfacce delle pareti del microcanale, il che consente agli elettrodi di mostrare robustezza meccanica sotto elevate sollecitazioni di trazione. Inoltre, è stata studiata sistematicamente anche la risposta meccanico-elettrica degli elettrodi. Infine, è stato sviluppato un sensore di pressione morbida combinando una schiuma di silicone dielettrico e uno strato di elettrodi interdigitati (IDE), e questo ha dimostrato un grande potenziale per i sensori di pressione nelle applicazioni di rilevamento tattile robotico morbido.
Introduzione
I sensori di pressione morbida sono stati ampiamente esplorati in applicazioni come pinze pneumatiche robotiche1, elettronica indossabile2, sistemi di interfaccia uomo-macchina3, ecc. In tali applicazioni, il sistema sensoriale richiede flessibilità ed elasticità per garantire un contatto conforme con superfici curvilinee arbitrarie. Pertanto, richiede tutti i componenti essenziali, inclusi il substrato, l'elemento trasduttore e l'elettrodo, per fornire funzionalità coerenti in condizioni di deformazione estreme4. Inoltre, per mantenere elevate prestazioni di rilevamento, è....
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Protocollo
1. Sintesi del liquame ECPCs
- Disperdere i CNT in un solvente di toluene con un rapporto di peso di 1:30 e diluire la base PDMS con toluene in un rapporto di peso di 1:1.
NOTA: L'intera procedura sperimentale, illustrata nella figura 1, deve essere eseguita in una cappa aspirante ben ventilata. - Agitare magneticamente la sospensione CNT/toluene e la soluzione PDMS/toluene a temperatura ambiente per 1 ora.
NOTA: questo passaggio consente ai CNT di essere ben dispersi nella matrice PDMS nel passaggio successivo. - Mescolare la sospensione CNT/toluene e la soluzione PDMS/toluene per formare un....
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Risultati
Seguendo il protocollo, gli ECPC possono essere modellati tramite il canale microfluidico, che porta alla formazione di elettrodi estensibili ad alta risoluzione. Le figure 3A, B mostrano fotografie di elettrodi morbidi con diversi disegni di tracce e risoluzioni di stampa. La figura 3C mostra le diverse larghezze di linea degli elettrodi fabbricati, tra cui 50 μm, 100 μm e 200 μm. La resistenza di ciascun elettrodo è presentata nella
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Discussione
In questo protocollo, abbiamo dimostrato un nuovo metodo di stampa basato su canali microfluidici per elettrodi estensibili. Il materiale conduttivo dell'elettrodo, il liquame ECPCs, può essere preparato con il metodo di evaporazione del solvente, che consente ai CNT di essere ben dispersi nella matrice PDMS, formando così un polimero conduttivo che presenta un'elasticità elevata quanto il substrato PDMS.
Nel processo di raschiatura, il liquame ECPCs viene rapidamente riempito nel canale micro.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China sotto Grant 62273304.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Fotocamera | DIGITALE OPLENICA | ||
| Nanotubi di carbonio (CNT) | Nanjing Xianfeng Nano-tecnologia | Diametro: 10-20 nm, Lunghezza: 10-30 μ m | |
| Agitatore a piastra riscaldante | Thermo Scientific | Super-Nuova+ | Apparecchiature per l'agitazione e il riscaldamento |
| Misuratore LCR | Keysight | E4980AL | Apparecchiature per la misurazione della capacità |
| Microscopio | Multimetro SDPTOP | ||
| Fluke | Apparecchiature per la misurazione della resistenza | ||
| Forno | Yamoto | DX412C | Apparecchiature per il riscaldamento |
| Fotomaschera | Shenzhen Weina Electronic Technology | ||
| Photoresist | Microchem | SU-8 3050 | |
| Polidimetilsilossano (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 | Elastomero siliconico |
| Schiuma siliconica | Liscia su | Soma Foama 25 | Silicone bicomponente Silicone bicomponente Schiuma flessibile |
| Wafer siliconico | Suzhou Crystal Silicon Electronic e Tecnologia | Diametro: 2 pollici | |
| Agitatore | IKA | Color Squid | Agitazione Attrezzatura |
| Toluene | Sinopharm Solvente reagente | per la preparazione di ECPC | |
| Trietossisilano | Macklin |
Riferimenti
- Sun, Z. D., et al. Artificial intelligence of things (AIoT) enabled virtual shop applications using self-powered sensor enhanced soft robotic manipulator. Advanced Science. 8 (14), 2100230(2021).
- Lo, L. -W., et al.
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Ristampe e permessi
