Fabricage van carbon-based Ionische elektromechanisch actieve zachte actuatoren

Dit protocol beschrijft de fabricage van op koolstof gebaseerd elektromechanisch actief materiaal voor biomedische en zachte roboticatoepassingen. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat het de reproduceerbare fabricage van ionische actuatoren ook in grote hoeveelheden mogelijk maakt. Het bekijken van deze video moet u een goed begrip geven over hoe u ionische actuatoren fabriceren en gebruiken.

Het protocol is verdeeld in vijf stappen. Eerst wordt een iongeleidend membraan voorbereid. Het wordt dan bedekt met op koolstof gebaseerde elektroden waaraan de goudstroomcollectoren zijn bevestigd.

Na het snijden van het monster in vorm, is het materiaal klaar voor gebruik. Om te beginnen, kiezen tussen een tri-PTFE membraan, hetzelfde membraan gedrenkt in elektrolyt, of een textiel versterkt membraan. Elke optie resulteert in een functionele actuator.

Zie de tekst voor hulp bij de selectie. Het materiaal wordt bereid met behulp van een frame. Neem een hoge porositeit PTFE vel en plaats het over het frame.

Maak het vel op het frame strak en bevestig het. Zorg ervoor dat u het droge membraan niet beschadigt. Zodra het membraan klaar is, ga naar de elektrode fabricage stap.

Neem een grote petrischaal en plaats een hoge porositeit PTFE vel binnen. Voeg een overmaat aan ionische vloeistof toe. Zorg ervoor dat het hele vel bedekt is.

Zodra het membraan voldoende is gedrenkt, verwijder de overtollige met behulp van een pipet. Plaats het membraan voorzichtig tussen filterpapier om de resterende ionische vloeistof te verwijderen die niet door het PTFE-blad is geabsorbeerd. Herhaal dit proces totdat het blad semitransparant is, maar niet nat.

Strak en bevestig het doorweekte membraan op een plastic frame. Zorg ervoor dat u rimpels en plooien te voorkomen. Nu het membraan klaar is, ga je door naar de elektrodefabricagestap.

Neem een stof met fijne inerte vezels en bevestig het aan een frame. Zorg ervoor dat het strak. Trim overtollige stof met een schaar.

Verwijder voorzichtig eventuele losse vezels. Bedek de stof tijdens het werken onder de rookkap met een dunne laag membraanoplossing. Zie de tekst voor het exacte recept.

Laat de eerste laag volledig drogen. Gebruik eerst het hittepistool en later het hittekanon samen met een speciale setup om het droogproces te versnellen. Vermijd het gebruik van een te hoge spinsnelheid op een volledig nat membraan, omdat dit kan leiden tot verlies van actief materiaal.

Zie de tekst voor meer informatie. Inspecteer het membraan tegen backlight op gaatjes. Blijf coatinglagen aanbrengen totdat een defectvrij membraan is verkregen.

Voeg met uiterste voorzichtigheid de volgende membraanlagen toe. Breng dunne lagen mogelijk en ga nooit over reeds natte oppervlakken twee keer. Breng lagen aan beide zijden aan.

Op deze manier blijft de versterking in het midden van de composiet. Laat de ene laag drogen voordat u een andere toevoegt. Zodra een defect-vrij membraan is verkregen, controleer de dikte met behulp van een dikte meter.

Momenteel is het 54 micrometer. Los in een verzegelde kolf het polymeer in het oplosmiddel op door 's nachts bij 70 graden Celsius te roeren met behulp van een magnetische roerder en een temperatuurgecontroleerde hete plaat. Zie de tekst voor het exacte recept.

In een andere kolf, weeg het koolstofpoeder, voeg ionische vloeistof, oplosmiddel, en een magnetische roerstaaf. Sluit de kolf af en meng. Zodra de koolstofsuspensie is gehomogeniseerd en het polymeer is opgelost, bevestig of verwijder de magnetische kraal en giet de polymeeroplossing in de koolstofsuspensie.

Gebruik 10 milliliter oplosmiddel om polymeerresten uit de kolfwanden te verwijderen en toe te voegen aan de koolstofsuspensie. Homogenize de schorsing met behulp van een ultrasone sonde. Daarna is de ophanging klaar voor gebruik of opslag.

Vul het reservoir van een spuitpistool of luchtborstel met aceton. Test eerst de stroom op een stuk papier. Zorg ervoor dat de luchtborstel schoon is en vrij van verstoppingen.

Tijdens de opslag kan de suspensie in een gel veranderen. Meng het in een gesloten vat op 70 graden Celsius om een vloeistof te verkrijgen. Vul het reservoir van de luchtborstel met de elektrodesuspensie.

Test eerst de suspensiestroom op een stuk papier. Neem het voorbereide membraan. Begin met het verplaatsen van het spuitpistool voordat je begint te spuiten.

Houd het pistool bewegen in rechte slagen. Laat de ene kant drogen voordat u begint te spuiten op de andere. Spray tot de gewenste dikte is bereikt.

Verwijder het materiaal voorzichtig uit het frame. Als het textiel versterkte membraan werd gebruikt, dan lijn de snede met de vezels. Snijd een stuk van vier bij drie centimeter met behulp van een metalen liniaal en een scalpel.

Deze snijgrootte is het handigst voor kleine tot middelgrote batches. Het is echter niet van cruciaal belang voor het verkrijgen van werkende actuatoren. Neem een metalen buis of pijp en bevestig de snede stuk op.

Probeer slechts ongeveer een millimeter van het actuatormateriaal te overlappen met tape. Neem een vel fijn goud op transferpapier en snijd het in vier bij vier centimeter stukken. Leg een van hen op een tissuepapier.

Spray de composiet met een dunne laag lijm. Zie de tekst voor het exacte recept. Snel de berg de luchtborstel rechtop.

Rol de pijp over het bladgoud terwijl de lijm nog nat is. Er is geen overmatige druk nodig om te rollen. Verwijder de overdracht en rol opnieuw over het tissuepapier om ervoor te zorgen dat het goud goed is bevestigd.

Zet het materiaal te drogen. Zodra u droog bent, moet u de tape voorzichtig verwijderen om het materiaal uit de pijp te laten komen. Maak de pijp schoon met aceton.

Bevestig het materiaal op de pijp, goud gecoate kant naar de pijp. Herhaal vervolgens ook de stappen om de huidige collector aan de andere kant te bevestigen. Let op de zijkanten die waren bedekt met tape.

Uitgesneden rechthoeken of complexere vormen. Een monster van vier bij 20 millimeter is goed voor karakterisering. Lijn de monsterlengte uit met een gebogen richting.

De zachte grijper moet eerst thermoformed zijn. Plaats de actuator in een glazen flacon mal om de grijper thermoform in vorm. Zodra de actuator is in de mal, plaats ze zowel in een oven of gebruik het infrarood licht.

De grijper is geplaatst tussen gouden contacten, de gouden kant naar het actieve materiaal. Spanningsstappen worden toegepast om het laadvermogen te verwerken. Het openen van de grijper.

De grijper sluiten. Het laadvermogen met de hand opheffen. De grip testen.

En tenslotte, het vrijgeven van de lading. Kelvin clips worden gebruikt voor karakterisering. Plaats de actuator tussen klemmen en controleer de hoek alfa met behulp van een videocamera.

In het geval van driehoekssignaal is de huidige reactie van een functionele actuator capacitief. Terwijl de reactie van een defecte steekproef de Wet van Ohm op de voet volgt en weerstand biedt. Gebruik scanning elektronenmicroscopie om de actuatorstructuur te beschrijven.

De monsters zijn bevroren gebroken met behulp van vloeibare stikstof om schoon gesneden dwarsdoorsnedes te verkrijgen. Let op: Sluit nooit het deksel van een vloeibare stikstofcontainer. De drukopbouw kan ernstige verwondingen veroorzaken.

Bevries eerst de actuator gedurende een paar minuten in vloeibare stikstof. Gebruik vervolgens twee sets koele pincet om het bevroren monster te breken. Textielversterkte actuatoren breken misschien niet eens in bevroren toestand.

Vries een scalpel samen met de actuator en hak het bevroren monster in twee stukken. Dit is een dwarsdoorsnede van een PTFE actuator met twee koolstofelektroden, gescheiden door een PTFE membraan, die de actuator vormt. Het belangrijkste punt van deze methode is het opnemen van een inerte versterking zoals PTFE in de membraanlaag.

Dit vereenvoudigt het productieproces aanzienlijk en maakt het mogelijk om de actieve materialen op grote schaal reproduceerbaar te produceren. Onze methode toont een veelbelovende route naar industriële fabricage van ionische actuatoren.