Produkcja jonowych, elektromechanicznie aktywnych miękkich siłowników na bazie węgla

Protokół ten opisuje wytwarzanie elektromechanicznie aktywnego materiału na bazie węgla do zastosowań biomedycznych i miękkiej robotyki. Główną zaletą tej metody jest to, że umożliwia ona powtarzalne wytwarzanie siłowników jonowych również w dużych ilościach. Obejrzenie tego filmu powinno dać ci dobre zrozumienie, jak wytwarzać i używać siłowników jonowych.

Protokół podzielony jest na pięć kroków. Najpierw przygotowuje się membranę przewodzącą jony. Następnie jest on pokryty elektrodami na bazie węgla, do których przymocowane są złote kolektory prądu.

Po pocięciu próbki do kształtu, materiał jest gotowy do użycia. Na początek wybierz między membraną tri-PTFE, tą samą membraną nasączoną elektrolitem lub membraną wzmocnioną tekstylnie. Każda opcja skutkuje funkcjonalnym siłownikiem.

Zapoznaj się z tekstem, aby uzyskać pomoc dotyczącą wyboru. Materiał przygotowywany jest za pomocą ramy. Weź arkusz PTFE o wysokiej porowatości i umieść go na ramie.

Napnij i przymocuj arkusz do ramy. Uważaj, aby nie uszkodzić suchej membrany. Gdy membrana będzie gotowa, przejdź do etapu produkcji elektrody.

Weź dużą szalkę Petriego i umieść w niej arkusz PTFE o wysokiej porowatości. Dodaj nadmiar płynu jonowego. Upewnij się, że cały arkusz jest zakryty.

Gdy membrana jest wystarczająco nasączona, usuń jej nadmiar za pomocą pipety. Ostrożnie umieść membranę między bibułami filtracyjnymi, aby usunąć pozostałą ciecz jonową, która nie została wchłonięta przez arkusz PTFE. Powtarzaj ten proces, aż arkusz będzie półprzezroczysty, ale nie mokry.

Napnij i przymocuj nasączoną membranę na plastikowej ramie. Upewnij się, że unikasz zmarszczek i fałd. Teraz, gdy membrana jest gotowa, przejdź od razu do etapu produkcji elektrody.

Weź tkaninę z drobnymi obojętnymi włóknami i przymocuj ją do ramy. Upewnij się, że dobrze go napinasz. Przytnij nadmiar materiału za pomocą nożyczek.

Ostrożnie usuń wszelkie luźne włókna. Podczas pracy pod wyciągiem przykryj tkaninę cienką warstwą roztworu membrany. Zobacz tekst, aby zapoznać się z dokładnym przepisem.

Pozostaw pierwszą warstwę do całkowitego wyschnięcia. Najpierw użyj opalarki, a później opalarki wraz z dedykowaną konfiguracją, aby przyspieszyć proces suszenia. Unikaj używania zbyt dużej prędkości wirowania na całkowicie mokrej membranie, ponieważ może to spowodować utratę materiału aktywnego.

Więcej informacji można znaleźć w tekście. Sprawdź, czy membrana jest pod kątem podświetlenia, czy nie ma otworów. Kontynuuj nakładanie warstw powłoki, aż do uzyskania membrany wolnej od wad.

Kolejne warstwy membrany należy dodawać ze szczególną ostrożnością. Nakładaj cienkie warstwy, jak to możliwe i nigdy nie przechodź dwa razy po już mokrych powierzchniach. Nakładaj warstwy po obu stronach.

W ten sposób zbrojenie pozostanie w środku kompozytu. Pozostaw jedną warstwę do wyschnięcia przed dodaniem kolejnej. Po uzyskaniu membrany wolnej od wad należy sprawdzić jej grubość za pomocą miernika grubości.

Obecnie są to 54 mikrometry. W szczelnie zamkniętej kolbie rozpuścić polimer w rozpuszczalniku, mieszając przez noc w temperaturze 70 stopni Celsjusza za pomocą mieszadła magnetycznego i płyty grzejnej o kontrolowanej temperaturze. Zobacz tekst, aby zapoznać się z dokładnym przepisem.

Do innej kolby zważyć proszek węglowy, dodać ciecz jonową, rozpuszczalnik i mieszadło magnetyczne. Zamknąć kolbę i wymieszać. Gdy zawiesina węglowa ulegnie homogenizacji, a polimer się rozpuści, przymocuj lub usuń kulkę magnetyczną i wlej roztwór polimeru do zawiesiny węglowej.

Użyj 10 mililitrów rozpuszczalnika, aby usunąć pozostałości polimeru ze ścianek kolby i dodaj je do zawiesiny węglowej. Homogenizować zawiesinę za pomocą sondy ultradźwiękowej. Następnie zawiesina jest gotowa do użycia lub przechowywania.

Napełnij zbiornik pistoletu natryskowego lub szczotki powietrznej acetonem. Najpierw przetestuj przepływ na kartce papieru. Upewnij się, że szczotka powietrzna jest czysta i wolna od zatorów.

Podczas przechowywania zawiesina może zamienić się w żel. Wymieszaj go w zamkniętym naczyniu w temperaturze 70 stopni Celsjusza, aby uzyskać płyn. Napełnij zbiornik szczotki powietrznej zawiesiną elektrody.

Najpierw przetestuj przepływ zawiesiny na kartce papieru. Weź przygotowaną membranę. Rozpocznij przesuwanie pistoletu natryskowego przed rozpoczęciem natryskiwania.

Utrzymuj pistolet w ruchu prostymi pociągnięciami. Pozostaw jedną stronę do wyschnięcia, zanim zaczniesz spryskiwać drugą. Spryskiwać aż do osiągnięcia żądanej grubości.

Ostrożnie usuń materiał z ramy. Jeśli użyto membrany wzmocnionej tkaniną, wyrównaj cięcie z włóknami. Wytnij kawałek o wymiarach cztery na trzy centymetry za pomocą metalowej linijki i skalpela.

Ten rozmiar cięcia jest najwygodniejszy w przypadku małych i średnich partii. Nie jest to jednak kluczowe dla uzyskania sprawnych siłowników. Weź metalową rurkę lub rurę i przymocuj do niej wycięty kawałek.

Staraj się zachodzić taśmą tylko na około jeden milimetr materiału siłownika. Weź arkusz drobnego złota na papierze transferowym i pokrój go na cztery na cztery centymetrowe kawałki. Umieść jeden z nich na bibułce.

Spryskaj kompozyt cienką warstwą kleju. Zobacz tekst, aby zapoznać się z dokładnym przepisem. Szybko przechowuj szczotkę powietrzną w pozycji pionowej.

Przetocz fajkę po złotym liściu, gdy klej jest jeszcze mokry. Do walcowania nie jest potrzebny nadmierny nacisk. Usuń transfer i ponownie przetocz bibułę, aby upewnić się, że złoto jest prawidłowo przymocowane.

Umieść materiał do wyschnięcia. Po wyschnięciu ostrożnie usuń taśmę, aby uwolnić materiał z rury. Wyczyść rurę acetonem.

Zamocuj materiał na rurze, stroną pokrytą złotem skierowaną w stronę rury. Następnie powtórz kroki, aby podłączyć kolektor prądu również po drugiej stronie. Zwróć uwagę na boki, które zostały pokryte taśmą.

Wytnij prostokąty lub bardziej złożone kształty. Próbka o wymiarach 4 na 20 milimetrów jest dobra do charakteryzacji. Wyrównaj długość próbki z kierunkiem zakrzywienia.

Miękki chwytak musi być najpierw termoformowany. Umieść siłownik w szklanej formie na fiolkę, aby termoformować chwytak do kształtu. Gdy siłownik znajdzie się w formie, umieść je oba w piekarniku lub użyj światła podczerwonego.

Chwytak jest umieszczony między złotymi stykami, złotą stroną skierowaną w stronę materiału aktywnego. Do obsługi ładunku stosowane są stopnie napięcia. Otwieranie chwytaka.

Zamykanie chwytaka. Ręczne podnoszenie ładunku. Testowanie przyczepności.

I wreszcie uwolnienie ładunku. Klipy Kelvina są używane do charakteryzacji. Umieść siłownik między zaciskami i monitoruj kąt alfa za pomocą kamery wideo.

W przypadku sygnału trójkątnego odpowiedź prądowa działającego siłownika jest pojemnościowa. Natomiast odpowiedź na wadliwą próbkę jest ściśle zgodna z prawem Ohma i jest rezystancyjna. Użyj skaningowej mikroskopii elektronowej, aby opisać strukturę siłownika.

Próbki są krakowane przez zamrażanie przy użyciu ciekłego azotu w celu uzyskania czystych przekrojów. Uwaga: Nigdy nie zamykaj pokrywy pojemnika z ciekłym azotem. Wzrost ciśnienia może spowodować poważne obrażenia.

Najpierw zamroź siłownik na kilka minut w ciekłym azocie. Następnie użyj dwóch zestawów chłodnych pęset, aby rozbić zamrożoną próbkę. Siłowniki wzmocnione tekstyliami mogą nie pękać nawet w stanie zamrożenia.

Zamrozić skalpel razem z siłownikiem i posiekać zamrożoną próbkę na dwie części. Jest to przekrój poprzeczny siłownika z PTFE przedstawiający dwie elektrody węglowe, oddzielone membraną PTFE, tworzące siłownik. Kluczowym punktem tej metody jest włączenie do warstwy membrany obojętnego zbrojenia, takiego jak PTFE.

Upraszcza to znacznie proces produkcyjny i umożliwia powtarzalne wytwarzanie materiałów aktywnych na dużą skalę. Nasza metoda wskazuje obiecującą drogę do produkcji siłowników jonowych na skalę przemysłową.