Name: Miglioramento della sensibilità dei sensori di pressione capacitivi morbidi utilizzando una tecnica di controllo della porosità basata sullevaporazione del solvente (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-24T14:40:00.000+00:00
Duration: 10 min 28 s
Description: Scopri un metodo economico per fabbricare sensori di pressione capacitivi flessibili con prestazioni controllabili mediante regolazione della porosità dello strato dielettrico. Questa tecnica semplice migliora la sensibilità del sensore senza richiedere attrezzature microfabbricazione sofisticate.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China sotto Grant 62273304.

1. Fabbricazione del sensore di pressione capacitivo morbido con uno strato dielettrico PDMS poroso
<ol><li>Produzione dello strato dielettrico poroso PDMS<ol><li>Preparare il modello poroso di zucchero / eritritolo seguendo i passaggi seguenti.<ol><li>Filtrare lo zucchero con setacci campione con aperture di 270 μm e 500 μm. Scegli lo zucchero con un diametro delle particelle nell'intervallo 270-500 μm. NOTA: Una dimensione delle particelle di zucchero più grande o più piccola è accettabile purché l'uniformità rientri nei limiti di tolleranza. Il diametro della particella di zucchero influenzerà la dimensione dei pori dello strato poroso PDMS prodotto in una fase successiva, ma non determinerà completamente la dimensione dei pori.</li>
			<li>Macinare l'eritritolo (vedi Tabella dei materiali) in polvere per garantire una miscelazione più uniforme con lo zucchero.</li>
			<li>Pesare una certa quantità di zucchero filtrato e polvere di eritritolo con un rapporto di massa di 20: 1. Agitare per mescolarli uniformemente.</li>
			<li>Riempire la miscela zucchero/eritritolo in uno stampo metallico zucchero/eritritolo ottenuto commercialmente (vedi Tabella dei materiali). Premere la superficie per rendere il riempitivo compatto. NOTA: Per garantire una facile sformatura nella fase successiva, uno strato di foglio di Al può essere inserito nello stampo prima dello zucchero / eritritolo.</li>
			<li>Riscaldare lo stampo con la miscela zucchero/eritritolo in forno a convezione a 135 °C per 2 ore, come mostrato nella figura 1A. Dopo il raffreddamento a temperatura ambiente, estrarre lo zucchero in zolletta (cioè il modello poroso).</li>
		</ol></li>
		<li>Fabbricare lo strato dielettrico PDMS controllabile dalla porosità.<ol><li>Pesare 5 g di toluene, 5 g di base PDMS e 0,5 g di agente polimerizzante PDMS (vedere Tabella dei materiali) in una provetta da centrifuga (cioè, il rapporto di massa di base PDMS / toluene / agente di polimerizzazione è 10: 10: 10: 1). Mescolare la soluzione in modo uniforme. NOTA: Il rapporto di massa tra la soluzione di base PDMS e l'agente di polimerizzazione è fissato a 10: 1, mentre il rapporto di massa tra PDMS e toluene viene utilizzato per controllare la porosità dello strato dielettrico PDMS. La porosità diminuisce quando si aumenta la frazione PDMS. La porosità minima si ottiene quando non viene aggiunto toluene.</li>
			<li>Centrifugare la soluzione a 875 x g per 30 s a temperatura ambiente per rimuovere le bolle d'aria. NOTA: se il volume della soluzione è elevato, la soluzione può essere preparata in un becher. Il trattamento centrifugo viene sostituito dal degasaggio sotto vuoto per 15 minuti.</li>
			<li>Posizionare la dima porosa quadrata zucchero/eritritolo ottenuta al punto 1.1.1 in una capsula di Petri. Inserire del nastro biadesivo come distanziatori sotto i quattro angoli per sollevare il modello dalla superficie della piastra di Petri. NOTA: il modello può anche essere posizionato su un wafer Si, ma questo metodo porterà a uno strato più spesso di PDMS sull'interfaccia tra il modello e il wafer Si, che potrebbe influire sulle prestazioni del sensore.</li>
			<li>Versare la soluzione PDMS/toluene sul modello e inclinare leggermente la capsula di Petri in modo che la soluzione possa riempire completamente tutti gli spazi vuoti tra le particelle di zucchero, come mostrato nella Figura 1B.</li>
			<li>Posizionare la capsula di Petri con la dima porosa riempita di soluzione PDMS/toluene in un essiccatore sottovuoto e degassare per 20 minuti.</li>
			<li>Trasferire la piastra di Petri dall'essiccatore sottovuoto nel forno a 90 °C per 45 minuti per far evaporare il toluene e polimerizzare il PDMS liquido.</li>
			<li>Immergere il PDMS polimerizzato incorporato nella dima porosa in acqua deionizzata (acqua DI), come mostrato nella Figura 1C. Riscaldare su una piastra calda a 140 °C fino a quando la sagoma di zucchero non si scioglie completamente. Pulire il PDMS poroso con acqua DI.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Fabbricazione degli strati di elettrodi flessibili basati su ECPC<ol><li>Sintetizzare l'inchiostro ECPC.<ol><li>Pesare 0,16 g di CNT (diametro: 10-20 nm, lunghezza: 10-30 μm, vedi Tabella dei materiali) e 4 g di toluene in un becher e mescolare magneticamente a 250 giri/min per 1,5 ore. Nel frattempo, pesare 2 g di base PDMS e 2 g di toluene in un becher e mescolare magneticamente a 200 rpm per 1 ora. Coprire il becher con pellicola sigillante agitando per evitare l'evaporazione del solvente.</li>
			<li>Mescolare la sospensione CNT/toluene con la soluzione PDMS base/toluene e coprire il becher con una pellicola sigillante. Agitare magneticamente a 250 giri/min per 2 ore.</li>
			<li>Aggiungere 0,2 g di agente polimerizzante PDMS nella soluzione miscelata. Agitare magneticamente a 75 °C e 250 giri/min per 1 ora. Individuare il becher per l'evaporazione del solvente e la concentrazione della sospensione durante l'agitazione, come mostrato nella Figura 1D, E. NOTA: La durata dell'agitazione e del riscaldamento è regolabile. La viscosità della miscela aumenta con il tempo di agitazione, il che facilita la successiva operazione di rasatura del rivestimento. Tuttavia, la durata non deve essere troppo lunga per evitare che la soluzione PDMS si polimerizzi. Quando la miscela è concentrata in una viscosità conveniente per il rivestimento raschiato, il processo di sintesi dell'inchiostro ECPCs è terminato.</li>
		</ol></li>
		<li>Raschia gli elettrodi seguendo i passaggi seguenti.<ol><li>Pesare toluene, base PDMS e agente di polimerizzazione PDMS in una provetta da centrifuga con un rapporto di massa di 2:10:1. Mescolare la soluzione in modo uniforme.</li>
			<li>Centrifugare la soluzione a 875 x g per 30 s a temperatura ambiente per rimuovere le bolle d'aria.</li>
			<li>Versare 1,3 g di soluzione PDMS/toluene in uno stampo metallico per elettrodi ottenuto commercialmente (vedere la tabella dei materiali) con un elettrodo in rilievo, come mostrato nella Figura 1F. NOTA: Il motivo in rilievo nella parte inferiore dello stampo ha uno spessore di 0,2 mm.</li>
			<li>Posizionare lo stampo in un essiccatore sottovuoto e degasare per 10 minuti.</li>
			<li>Polimerizzare il PDMS nello stampo su una piastra calda a 90 °C per 15 minuti. Staccare il film PDMS modellato dopo il raffreddamento a temperatura ambiente.</li>
			<li>Attaccare il lato piatto del film PDMS su un wafer di Si (cioè, esporre il lato con il modello di elettrodi). Assicurarsi che non vi siano bolle d'aria tra il film PDMS e il wafer di Si.</li>
			<li>Raschiare l'inchiostro ECPCs preparato al punto 1.2.1 nel modello dell'elettrodo, come mostra la Figura 1G . Pulire l'inchiostro in eccesso con una salvietta priva di polvere imbevuta di alcool isopropilico (IPA).</li>
			<li>Polimerizzare l'inchiostro ECPCs su una piastra calda a 90 °C per 15 minuti.</li>
			<li>Ripetere i passaggi 1.2.2.3-1.2.2.8 per fabbricare sia lo strato superiore che quello inferiore dell'elettrodo.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Incollaggio e confezionamento dei sensori capacitivi morbidi<ol><li>Fissare il filo metallico (vedere la tabella dei materiali) all'elettrodo. Far cadere la vernice conduttiva argentata (vedere la tabella dei materiali) nella posizione di connessione per garantire una buona conduttività, come mostrato nella Figura 1H. Attendere che la vernice conduttiva d'argento si asciughi a temperatura ambiente.</li>
		<li>Rilasciare la soluzione PDMS liquida preparata al punto 1.2.2.1 sulla connessione per sigillare completamente la vernice conduttiva d'argento essiccata. Polimerizzare il PDMS su una piastra calda a 90 °C per 15 minuti.</li>
		<li>Ripetere i passaggi 1.3.1-1.3.2 per collegare il filo per entrambi gli strati superiori e inferiori dell'elettrodo.</li>
		<li>Applicare uniformemente un sottile strato di PDMS liquido preparato al punto 1.2.2.1 sulla pellicola dell'elettrodo come strato di adesione per il legame tra lo strato dell'elettrodo e lo strato dielettrico.</li>
		<li>Posizionare lo strato dielettrico poroso PDMS fabbricato al punto 1.1.2 sullo strato dell'elettrodo.</li>
		<li>Polimerizzare la colla PDMS su una piastra calda a 95 °C per 10 minuti. Posizionare una capsula di Petri di vetro sul PDMS poroso per garantire un buon contatto tra i due strati durante il riscaldamento.</li>
		<li>Ripetere il passaggio 1.3.4 per l'altro strato di elettrodi. Invertire lo strato elettrodo-dielettrico incollato ottenuto al punto 1.3.6 e posizionarlo sull'altro strato di elettrodo singolo (cioè, per avere lo strato poroso PDMS a diretto contatto con lo strato dell'elettrodo). Assicurarsi che i due elettrodi siano rigorosamente allineati l'uno di fronte all'altro.</li>
		<li>Ripetere il passaggio 1.3.6 per completare il legame tra lo strato poroso PDMS e l'altro strato di elettrodi. NOTA: un'illustrazione del sensore finale è mostrata nella Figura 1I. Le illustrazioni della struttura e dei materiali del sensore sono mostrate nella Figura 1J.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Processo sperimentale di caratterizzazione delle prestazioni del sensore
<ol><li>Configurazione del carico di pressione passo-passo e sistema di acquisizione dati<ol><li>Utilizzare un penetratore stampato in 3D con un'area di carico che è un cerchio di 2,5 cm di diametro per il carico di pressione (vedi Tabella dei materiali) del sensore in prova.</li>
		<li>Fissare il penetratore su uno stadio di movimento lineare verticale controllato da un motore passo-passo (vedi Tabella dei materiali) attraverso un sensore di pressione di trazione standard.</li>
		<li>Misurare la capacità del sensore di pressione capacitivo morbido con un misuratore LCR durante la registrazione dei dati di pressione standard utilizzando un dispositivo di acquisizione dati (DAQ). Collegare sia il misuratore LCR che il DAQ a un computer che esegue il programma di data-logging LabVIEW (vedere Tabella dei materiali). NOTA: le illustrazioni della configurazione sperimentale sono mostrate nella Figura 2. Una molla viene applicata tra il penetratore e il sensore di pressione di trazione standard, che converte lo spostamento verticale dello stadio mobile lineare in pressione di carico.</li>
	</ol></li>
	<li>Test delle prestazioni di rilevamento<ol><li>Controlla il motore passo-passo per spingere il penetratore a spostarsi verticalmente verso il basso di una distanza programmata. Registrare la capacità e i dati di pressione standard aumentando la forza di carico con lo stesso intervallo in ogni ciclo di carico consecutivo fino a quando la pressione di carico raggiunge 40 N (~80 kPa).</li>
		<li>Controllare il motore passo-passo per spingere il penetratore a salire verticalmente della stessa distanza dell'ultimo passaggio. Registrare la capacità e i dati di pressione standard dopo che il penetratore si è stabilizzato. Ripetere l'operazione diminuendo la forza di carico con lo stesso intervallo; in ogni ciclo di carico consecutivo, la pressione di carico scende a 0 N.</li>
		<li>Controlla il motore passo-passo per spingere il penetratore a spostarsi verticalmente verso il basso di una distanza programmata. Registrare la capacità e i dati di pressione standard. Ripetere i test di carico e scarico per 2.500 cicli registrando la capacità del dispositivo in prova (DUT) in funzione della lettura standard della pressione.</li>
		<li>Controllare il penetratore per premere rapidamente verso il basso e rimanere fermo per alcuni secondi prima di tornare al caricamento 0 N. Ripeti questa operazione cinque volte e registra la capacità in funzione del tempo.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Ozioko, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SensAct%3A+The+soft+and+squishy+tactile+Sensor+with+integrated+flexible+actuator%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Intelligent+Systems%22%5BJournal%5D)">SensAct: The soft and squishy tactile Sensor with integrated flexible actuator.</a> Advanced Intelligent Systems. 3 (3), 1900145(2021).</li>
<li>Qiu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+biomimetic+drosera+capensis+with+adaptive+decision-predation+behavior+based+on+multifunctional+sensing+and+fast+actuating+capability%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">A biomimetic drosera capensis with adaptive decision-predation behavior based on multifunctional sensing and fast actuating capability.</a> Advanced Functional Materials. 32 (13), 2110296(2021).</li>
<li>Ntagios, M., Nassar, H., Pullanchiyodan, A., Navaraj, W. T., Dahiya, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+hands+with+intrinsic+tactile+sensing+via+3D+printed+soft+pressure+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Intelligent+Systems%22%5BJournal%5D)">Robotic hands with intrinsic tactile sensing via 3D printed soft pressure sensors.</a> Advanced Intelligent Systems. 2 (6), 1900080(2019).</li>
<li>Tang, Z., Jia, S., Zhou, C., Li, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Printing+of+highly+sensitive+and+large-measurement-range+flexible+pressure+sensors+with+a+positive+piezoresistive+effect%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">3D Printing of highly sensitive and large-measurement-range flexible pressure sensors with a positive piezoresistive effect.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (25), 28669-28680 (2020).</li>
<li>Dai, Y., Chen, J., Tian, W., Xu, L., Gao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+PVDF%2FAu%2FPEN+multifunctional+flexible+human-machine+interface+for+multidimensional+sensing+and+energy+harvesting+for+the+internet+of+things%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Sensors+Journal%22%5BJournal%5D)">A PVDF/Au/PEN multifunctional flexible human-machine interface for multidimensional sensing and energy harvesting for the internet of things.</a> IEEE Sensors Journal. 20 (14), 7556-7568 (2020).</li>
<li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+piezoelectric+pressure+sensor+based+on+polydopamine-modified+BaTiO3%2FPVDF+composite+film+for+human+motion+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%3A+Physical%22%5BJournal%5D)">Flexible piezoelectric pressure sensor based on polydopamine-modified BaTiO3/PVDF composite film for human motion monitoring.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 301, 111789(2020).</li>
<li>Gao, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wearable+microfluidic+diaphragm+pressure+sensor+for+health+and+tactile+touch+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Wearable microfluidic diaphragm pressure sensor for health and tactile touch monitoring.</a> Advanced Materials. 29 (39), 1701985(2017).</li>
<li>Meng, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+weaving+constructed+self-powered+pressure+sensor+enabling+continuous+diagnosis+of+cardiovascular+disease+and+measurement+of+cuffless+blood+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Flexible weaving constructed self-powered pressure sensor enabling continuous diagnosis of cardiovascular disease and measurement of cuffless blood pressure.</a> Advanced Functional Materials. 29 (5), 180688(2019).</li>
<li>Yang, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microstructured+porous+pyramid-based+ultrahigh+sensitive+pressure+sensor+insensitive+to+strain+and+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Microstructured porous pyramid-based ultrahigh sensitive pressure sensor insensitive to strain and temperature.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (21), 19472-19480 (2019).</li>
<li>Chen, S., Zhuo, B., Guo, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+area+one-step+facile+processing+of+microstructured+elastomeric+dielectric+film+for+high+sensitivity+and+durable+sensing+over+wide+pressure+range%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Large area one-step facile processing of microstructured elastomeric dielectric film for high sensitivity and durable sensing over wide pressure range.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (31), 20364-20370 (2016).</li>
<li>Ding, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+the+pore+size+on+the+sensitivity+of+flexible+and+wearable+pressure+sensors+based+on+porous+Ecoflex+dielectric+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Research+Express%22%5BJournal%5D)">Influence of the pore size on the sensitivity of flexible and wearable pressure sensors based on porous Ecoflex dielectric layers.</a> Materials Research Express. 6 (6), 066304(2019).</li>
<li>Yoon, J. I., Choi, K. S., Chang, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+means+of+fabricating+microporous+structures+for+the+dielectric+layers+of+capacitive+pressure+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronic+Engineering%22%5BJournal%5D)">A novel means of fabricating microporous structures for the dielectric layers of capacitive pressure sensor.</a> Microelectronic Engineering. 179, 60-66 (2017).</li>
<li>Wang, J., Li, L., Zhang, L., Zhang, P., Pu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+capacitive+pressure+sensors+with+micro-patterned+porous+dielectric+layer+for+wearable+electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Flexible capacitive pressure sensors with micro-patterned porous dielectric layer for wearable electronics.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 32 (3), 034003(2022).</li>
<li>Mannsfeld, S. C. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+sensitive+flexible+pressure+sensors+with+microstructured+rubber+dielectric+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Highly sensitive flexible pressure sensors with microstructured rubber dielectric layers.</a> Nature Materials. 9 (10), 859-864 (2010).</li>
<li>Wan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+highly+sensitive+flexible+capacitive+tactile+sensor+with+sparse+and+high-aspect-ratio+microstructures%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Electronic+Materials%22%5BJournal%5D)">A highly sensitive flexible capacitive tactile sensor with sparse and high-aspect-ratio microstructures.</a> Advanced Electronic Materials. 4 (4), 1700586(2018).</li>
<li>Kwon, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+sensitive%2C+flexible%2C+and+wearable+pressure+sensor+based+on+a+giant+piezocapacitive+effect+of+three-dimensional+microporous+elastomeric+dielectric+layer%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Highly sensitive, flexible, and wearable pressure sensor based on a giant piezocapacitive effect of three-dimensional microporous elastomeric dielectric layer.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (26), 16922-16931 (2016).</li>
<li>Li, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+porous+and+air+gap+elastomeric+dielectric+layer+for+wearable+capacitive+pressure+sensor+with+high+sensitivity+and+a+wide+detection+range%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">A porous and air gap elastomeric dielectric layer for wearable capacitive pressure sensor with high sensitivity and a wide detection range.</a> Journal of Materials Chemistry C. 8 (33), 11468-11476 (2020).</li>
<li>Kim, J. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+ordered+3D+microstructure-based+electronic+skin+capable+of+differentiating+pressure%2C+temperature%2C+and+proximity%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Highly ordered 3D microstructure-based electronic skin capable of differentiating pressure, temperature, and proximity.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (1), 1503-1511 (2019).</li>
<li>Lo, L. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+soft+sponge+sensor+for+multimodal+sensing+and+distinguishing+of+pressure%2C+strain%2C+and+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">A soft sponge sensor for multimodal sensing and distinguishing of pressure, strain, and temperature.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 14 (7), 9570-9578 (2022).</li>
<li>Hwang, J., Kim, Y., Yang, H., Oh, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+hierarchically+porous+structured+PDMS+composites+and+their+application+as+a+flexible+capacitive+pressure+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Part+B%3A+Engineering%22%5BJournal%5D)">Fabrication of hierarchically porous structured PDMS composites and their application as a flexible capacitive pressure sensor.</a> Composites Part B: Engineering. 211, 108607(2021).</li>
<li>Jung, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Linearly+sensitive+pressure+sensor+based+on+a+porous+multistacked+composite+structure+with+controlled+mechanical+and+electrical+properties%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Linearly sensitive pressure sensor based on a porous multistacked composite structure with controlled mechanical and electrical properties.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 13 (24), 28975-28984 (2021).</li>
<li>Choi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synergetic+effect+of+porous+elastomer+and+percolation+of+carbon+nanotube+filler+toward+high+performance+capacitive+pressure+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Synergetic effect of porous elastomer and percolation of carbon nanotube filler toward high performance capacitive pressure sensors.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (1), 1698-1706 (2020).</li>
<li>Choi, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+polydimethylsiloxane+%28PDMS%29+sponge+for+the+selective+absorption+of+oil+from+water%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">A polydimethylsiloxane (PDMS) sponge for the selective absorption of oil from water.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 3 (12), 4552-4556 (2011).</li>
<li>Rinaldi, A., Tamburrano, A., Fortunato, M., Sarto, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+flexible+and+highly+sensitive+pressure+sensor+based+on+a+PDMS+foam+coated+with+graphene+nanoplatelets%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">A flexible and highly sensitive pressure sensor based on a PDMS foam coated with graphene nanoplatelets.</a> Sensors. 16 (12), 2148(2016).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Questo lavoro propone un metodo semplice basato sull'evaporazione del solvente per controllare la porosità, e una serie di risultati sperimentali hanno dimostrato la sua fattibilità. Sebbene la struttura porosa sia stata ampiamente utilizzata nel sensore di pressione capacitivo flessibile, il controllo della porosità necessita ancora di un'ulteriore ottimizzazione. A differenza dei metodi esistenti per modificare la dimensione delle particelle del PFA 11,12,13,18,19 e il rapporto tra substrato polimerico e PFA <sup class...

Negli ultimi anni, i sensori di pressione flessibili hanno attirato l'attenzione grazie alla loro indispensabile applicazione nella robotica morbida 1,2,3, nelle interfacce tattili "uomo-macchina" 4,5 e nel monitoraggio della salute 6,7,8. Generalmente, i meccanismi per il rilevamento della pressione includono piezoresistivo 1,4,7, piezoelettrico 2,6, capacitivo 2,3,9,10,11,12,13 e triboelettrico 8 sensori. Tra questi, i sensori di pressione capacitivi si distinguono come uno dei metodi più promettenti nel rilevamento tattile grazie alla loro alta sensibilità, basso limite di rilevamento (LOD), ecc.
Per migliorare le prestazioni di rilevamento, varie microstrutture come micropiramidi 2,9,14, micropilastri 15 e micropori 9,10,11,12,13,16,17 sono state introdotte nei sensori di pressione capacitivi flessibili e i metodi di fabbricazione sono stati ottimizzati per migliorare ulteriormente il rilevamento prestazioni di tali strutture. Tuttavia, la maggior parte di queste strutture richiede sofisticate strutture di microfabbricazione, il che aumenta significativamente i costi di produzione e le difficoltà operative. Ad esempio, come la microstruttura più comunemente utilizzata nei sensori di pressione morbida, le micropiramidi si basano su wafer di Si litograficamente definiti e incisi a umido come modello di stampaggio, che richiede attrezzature di precisione e un ambiente rigoroso per camere bianche 9,14. Pertanto, le strutture a micropori (strutture porose) che possono essere realizzate con semplici processi di fabbricazione e con materie prime a basso costo pur mantenendo elevate prestazioni di rilevamento hanno attirato recentemente una crescente attenzione 9,10,11,12,13,16,17 . Questo sarà discusso, insieme agli svantaggi della modifica del PFA e della sua quantità, come motivazione per l'utilizzo del nostro metodo di controllo della frazione.
Qui, questo lavoro propone un metodo semplice e a basso costo basato sulla tecnica di evaporazione del solvente per fabbricare un sensore di pressione capacitivo flessibile poroso con porosità controllabile. Il processo di produzione completo comprende la fabbricazione dello strato dielettrico poroso PDMS, il rivestimento raschiante degli elettrodi e l'incollaggio di tre strati funzionali. In particolare, questo lavoro utilizza in modo innovativo una soluzione mista PDMS / toluene con un certo rapporto di massa per fabbricare lo strato dielettrico PDMS poroso basato sul modello di miscela zucchero / eritritolo. Nel frattempo, una dimensione uniforme delle particelle PFA garantisce una morfologia e una distribuzione uniformi dei pori; quindi, la porosità può essere controllata modificando il rapporto di massa PDMS/toluene. I risultati sperimentali mostrano che la sensibilità del sensore di pressione proposto può essere aumentata di oltre due volte aumentando il rapporto di massa PDMS/toluene da 1:8 a 1:1. La variazione dello spessore della parete dei micropori dovuta ai diversi rapporti di massa PDMS/toluene è confermata anche dalle immagini del microscopio ottico. Il sensore di pressione capacitivo morbido ottimizzato mostra prestazioni di rilevamento elevate con una sensibilità e un tempo di risposta rispettivamente del 3,47% kPa−1 e 0,2 s. Questo metodo consente di ottenere la fabbricazione rapida, a basso costo e facile da usare di uno strato dielettrico poroso con porosità controllabile.

<table><tbody><tr><td>Stampante 3D</td><td>Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd</td><td>X-MAX</td><td></td></tr><tr><td>Stampa 3D metariali</td><td>Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd</td><td>Filamento di stampa 3D PLA 1,75 mm</td><td></td></tr><tr><td>Nanotubi di carbonio (CNT)</td><td>XFNANO</td><td>XFM13</td><td></td></tr><tr><td>Acquisizione dati (DAQ)</td><td>National Instruments</td><td>USB6002</td><td></td></tr><tr><td>Nastro biadesivo</td><td>Minnesota Mining e Produzione (3M)</td><td>3M VHB 4910</td> Stampo metallico per elettrodi <td>di spessore 1 mm</td></tr><tr><td></td><td>Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd</td><td></td><td>Questo stampo metallico è una piastra metallica rotonda con una scanalatura rotonda a fondo piatto e un modello di elettrodo goffrato di 0,2 mm di spessore al centro della scanalatura.</td></tr><tr><td>Eritritolo</td><td>Shandong Sanyuan Biotechnology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Alcool isopropilico (IPA)</td><td>Sinopharm reagente chimico Co., Ltd</td><td>80109218</td><td></td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments LabVIEW</td><td>2019</td><td></td></tr><tr><td>Misuratore LCR</td><td>Keysight</td><td>EA4980AL</td><td></td></tr><tr><td>Filo metallico</td><td>Hangzhou Hongtong WIRE& Fornitore verificato - CABLE Co., Ltd.</td><td>2UEW/155</td><td></td></tr><tr><td>Microscopio</td><td>Aosvi</td><td>T2-3M180</td><td></td></tr><tr><td>Software di modellazione numerica</td><td>COMSOL</td><td>COMSOL Multiphysics 5.6</td><td></td></tr><tr><td>Polidimetilsilossano (PDMS)</td><td>Dow Chemical Company</td><td>SYLGAR 184 Kit di elastomeri siliconici</td><td>Due parti (base e agente indurente)</td></tr><tr><td>Pellicola sigillante</td><td>Corning</td><td>PM-996</td><td>parafilm</td></tr><tr><td>Si wafer</td><td>Suzhou Crystal Silicon Elettronica & Technology Co., Ltd</td><td>ZK20220416-03</td><td>Diametro (mm): 50,8 +/- 0,3 Tipo/Orientamento: P/100 Spessore (&micro; m): 525 +/- 25</td></tr><tr><td>Vernice conduttiva argento</td><td>Microscopia elettronica</td><td>Scienze 12686-15</td><td></td></tr><tr><td>Motore passo-passo</td><td>PECHINO HAI JIE JIA CHUANG Technology Co., Ltd</td><td>57H B56L4-30DB</td><td></td></tr><tr><td>Stampo in metallo modello di zucchero/eritritolo</td><td>Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd</td><td></td><td>Questo stampo in metallo è una piastra metallica quadrata di 5 mm di spessore con una scanalatura quadrata a fondo piatto di 2,5 mm di profondità.</td></tr><tr><td>Reagente chimico Toluene</td><td>Sinopharm Co., Ltd</td><td>10022819</td><td></td></tr></tbody></table>

miglioramento della sensibilità dei sensori di pressione capacitivi morbidi utilizzando una tecnica di controllo della porosità basata sull'evaporazione del solvente

Sensitivity Enhancement of Soft Capacitive Pressure Sensors Using a Solvent Evaporation-Based Porosity Control Technique

I sensori di pressione dolce svolgono un ruolo significativo nello sviluppo della sensazione tattile "uomo-macchina" nella robotica morbida e nelle interfacce tattili. In particolare, i sensori capacitivi con matrici polimeriche microstrutturate sono stati esplorati con notevole sforzo a causa della loro elevata sensibilità, ampia gamma di linearità e tempi di risposta rapidi. Tuttavia, il miglioramento delle prestazioni di rilevamento si basa spesso sulla progettazione strutturale dello strato dielettrico, che richiede sofisticate strutture di microfabbricazione. Questo articolo riporta un metodo semplice e a basso costo per fabbricare sensori di pressione capacitivi porosi con una sensibilità migliorata utilizzando il metodo basato sull'evaporazione del solvente per regolare la porosità. Il sensore è costituito da uno strato dielettrico poroso di polidimetilsilossano (PDMS) legato con elettrodi superiore e inferiore realizzati in compositi polimerici conduttivi elastici (ECPC). Gli elettrodi sono stati preparati mediante liquame conduttivo PDMS drogato con nanotubi di carbonio (CNT) in pellicole PDMS modellate con stampi. Per ottimizzare la porosità dello strato dielettrico per migliorare le prestazioni di rilevamento, la soluzione PDMS è stata diluita con toluene di diverse frazioni di massa invece di filtrare o macinare l'agente formante i pori dello zucchero (PFA) in diverse dimensioni. L'evaporazione del solvente toluene ha permesso la rapida fabbricazione di uno strato dielettrico poroso con porosità controllabili. È stato confermato che la sensibilità potrebbe essere aumentata di più di due volte quando il rapporto toluene / PDMS è stato aumentato da 1: 8 a 1: 1. La ricerca proposta in questo lavoro consente un metodo a basso costo per fabbricare pinze robotiche morbide bioniche completamente integrate con meccanorecettori sensoriali morbidi di parametri di sensori sintonizzabili.

La fotografia del modello poroso di zucchero zolo/eritritolo è mostrata nella Figura 3A. La figura 3B mostra lo strato flessibile dell'elettrodo con un modello ECPCs rivestito di raschiatura. La figura 3C mostra il sensore di pressione capacitivo morbido con uno strato dielettrico poroso fabbricato con il metodo proposto. Quattro strati dielettrici porosi PDMS sono stati fabbricati sulla base di soluzioni PDMS / to...

Viene presentato un metodo di fabbricazione semplice ed economico basato sulla tecnica di evaporazione del solvente per ottimizzare le prestazioni di un sensore di pressione capacitivo morbido, che è reso possibile dal controllo della porosità nello strato dielettrico utilizzando diversi rapporti di massa della soluzione di stampaggio PDMS / toluene.

Miglioramento della sensibilità dei sensori di pressione capacitivi morbidi utilizzando una tecnica di controllo della porosità basata sull'evaporazione del solvente

Soft pressure sensors play a significant role in developing &#34;man-machine&#34; tactile sensation in soft robotics and haptic interfaces. Specifically, ...

Abbiamo proposto un nuovo metodo per fabbricare sensori di pressione competitivi flessibili con prestazioni controllabili. Si ottiene regolando la frazione di massa del solvente per controllare la porosità dello strato dielettrico. L'ottimizzazione del sensore di pressione competitivo è ottenuta da un metodo operativo economico e semplice che evita l'utilizzo di sofisticati impianti di microfabbricazione.Per produrre lo strato dielettrico poroso PDMS, pesare lo zucchero filtrato e la polvere di eritritolo con un rapporto di massa di 20 a 1 e mescolarli uniformemente agitando. Riempire la miscela in uno stampo metallico di zucchero eritritolo ottenuto commercialmente e premere la superficie per rendere il riempitivo compatto. Riscaldare la miscela in un forno a convezione a 135 gradi Celsius per due ore.Dopo il riscaldamento, lasciare raffreddare la miscela a temperatura ambiente prima di rimuovere la zolletta di zucchero piatto. Per fabbricare lo strato dielettrico PDMS controllabile dalla porosità, pesare cinque grammi di toluene, cinque grammi di base PDMS e 0,5 grammi di agente polimerizzante PDM in un tubo di centrifuga e mescolare la soluzione in modo uniforme. Centrifugare la

sensitivity-enhancement-soft-capacitive-pressure-sensors-using

Research

Ricerca

JoVE Journal

Engineering

Ingegneria

Questo lavoro presenta un metodo semplice e visivo per rilevare polimorfismi multi-nucleotide su una piattaforma di manipolazione gocciolina pneumatica. Con il metodo proposto, l'intero esperimento, compresi manipolazione gocciolina e la rilevazione dei polimorfismi multi-nucleotidi, può essere eseguita vicino a 23 ° C senza l'ausilio di strumenti avanzati.

Il colorimetrico rilevamento visivo del Multi-nucleotide polimorfismi su una piattaforma di manipolazione pneumatica Droplet

Questo articolo presenta un apparato impedenza-based per il rilevamento velocità di evaporazione delle soluzioni. Offre chiari vantaggi rispetto ad un approccio perdita di peso convenzionale: una risposta veloce, rilevamento ad alta sensibilità, un piccolo requisito campione, misurazioni di campioni multipli, e facile smontaggio per la pulizia e riutilizzo.

Una piattaforma basata su impedenza ad alte prestazioni per l&#39;evaporazione tasso di rilevamento

L'obiettivo di questa procedura è facilmente e velocemente produrre un dispositivo microfluidico con geometria personalizzabile e resistenza al rigonfiamento di fluidi organici per gli studi di recupero olio. Uno stampo di polidimetilsilossano è generato in primo luogo e quindi usato per lanciare il dispositivo base epossidica. Uno studio rappresentativo cilindrata è segnalato.

Dispositivi microfluidici per la caratterizzazione di processi di evento di poro-scala in mezzi porosi per le applicazioni di recupero olio

Qui, presentiamo un protocollo per la rilevazione e la quantificazione delle molecole abbondanti bassi in soluzioni complesse utilizzando molecolare imprinting in combinazione con un biosensore di capacitanza.

Ultrasensibile rilevazione di biomarcatori utilizzando un Imprinting molecolare basato biosensore capacitivo

Qui segnaliamo la sintesi e la caratterizzazione di carbonio nanoporosi ordinato (con un diametro dei pori nm 4,6) e SBA-15 (con un diametro dei pori nm 5,3). L'opera descrive la superficie e proprietà tessiturali dei setacci molecolari nanoporosi, loro bagnabilità ed il comportamento in fusione di D2O confinato nei materiali.

Proprietà della superficie di sintetizzato nanoporosi carbonio e matrici di silice

Questo documento descrive un protocollo insieme a uno studio comparativo di due tecniche di fabbricazione microfluidica, vale a dire la fotolitografia / incisione a umido / legame termico e l'incisione selettiva indotta dal laser (LES), che sono adatte per condizioni di alta pressione. Queste tecniche costituiscono piattaforme abilitanti per l'osservazione diretta del flusso di fluido in mezzi permeabili surrogati e sistemi fratturati in condizioni di serbatoio.

Tecniche di fabbricazione microfluidiche per test ad alta pressione del trasporto supercritico in schiuma di CO2 su microscala in serbatoi non convenzionali fratturati

Qui presentiamo il protocollo di fabbricazione di un dispositivo basato su transistor a effetto di campo modulato dalla carica organica (OCMFET) per l'interfacciamento cellulare in vitro . Il dispositivo, chiamato array micro OCMFET, è un dispositivo flessibile, a basso costo e senza riferimenti, che consentirà il monitoraggio delle attività elettriche e metaboliche delle colture cellulari elettroattive.

In vitro Analisi cellulare multiparametrica mediante array di transistor a effetto di campo modulati con carica organica micro

Presentato qui è un metodo per fenotipizzare meccanicamente singole cellule utilizzando una piattaforma microfluidica basata sull'elettronica chiamata mechano-node-pore sensing (mechano-NPS). Questa piattaforma mantiene un throughput moderato di 1-10 cellule / s misurando sia le proprietà biofisiche elastiche che viscose delle cellule.

Rilevamento meccano-nodo-pore: una piattaforma rapida e senza etichette per misure viscoelastiche monocellulari multiparametriche

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.

Elettrodi morbidi basati su canali microfluidici e loro applicazione nel rilevamento capacitivo della pressione

Il laser riscaldata cella ad incudine di diamante unita sincrotrone tecniche di micro-diffrazione permette ai ricercatori di esplorare la natura e le proprietà delle nuove fasi della materia a estrema pressione e temperatura condizioni (PT). Campioni eterogenei possono essere...

Sintesi e microdiffrazione a pressioni e temperature estreme

Scopri un metodo economico per fabbricare sensori di pressione capacitivi flessibili con prestazioni controllabili mediante regolazione della porosità dello strato dielettrico. Questa tecnica semplice migliora la sensibilità del sensore senza richiedere attrezzature microfabbricazione sofisticate.

Miglioramento della sensibilità dei sensori di pressione capacitivi morbidi utilizzando una tecnica di controllo della porosità basata sullevaporazione del solvente (Video) | JoVE Journal

Miglioramento della sensibilità dei sensori di pressione capacitivi morbidi utilizzando una tecnica di controllo della porosità basata sull'evaporazione del solvente

Esplora altri video