Fabricação de atuadores macios eletromecanicamente ativos à base de carbono

Este protocolo descreve a fabricação de material eletromecanicamente ativo à base de carbono para aplicações biomédicas e robótica macia. A principal vantagem deste método é que permite a fabricação reprodutível de atuadores iônicos também em grandes quantidades. Assistir a este vídeo deve dar-lhe uma boa compreensão sobre como fabricar e usar atuadores iônicos.

O protocolo é dividido em cinco etapas. Primeiro, uma membrana condutora de íons é preparada. É então coberto com eletrodos à base de carbono aos quais os coletores de corrente de ouro são anexados.

Depois de cortar a amostra em forma, o material está pronto para uso. Para começar, escolha entre uma membrana tri-PTFE, a mesma membrana encharcada em eletrólito, ou uma membrana têxtil reforçada. Cada opção resulta em um atuador funcional.

Consulte o texto para ajudar na seleção. O material é preparado usando uma moldura. Pegue uma folha ptfe de alta porosidade e coloque-a sobre o quadro.

Esticuda e aperte a folha na moldura. Tenha cuidado para não danificar a membrana seca. Uma vez que a membrana esteja pronta, pule para a etapa de fabricação de eletrodos.

Pegue uma grande placa de Petri e coloque uma folha ptfe de alta porosidade dentro. Adicione um excesso de líquido iônico. Certifique-se de que toda a folha está coberta.

Uma vez que a membrana esteja suficientemente encharcada, remova o excesso usando uma pipeta. Coloque cuidadosamente a membrana entre os papéis do filtro para remover qualquer líquido iônico restante que não tenha sido absorvido pela folha ptfe. Repita este processo até que a folha esteja semitransparente, mas não molhada.

Esticada e fixar a membrana encharcada em uma estrutura plástica. Certifique-se de evitar rugas e dobras. Agora que a membrana está pronta, pule para a etapa de fabricação de eletrodos.

Pegue um tecido com fibras inertes finas e fixe-o em uma moldura. Certifique-se de esticá-lo bem. Apare qualquer excesso de tecido usando uma tesoura.

Remova cuidadosamente as fibras soltas. Enquanto trabalha sob a capa de fumaça, cubra o tecido com uma fina camada de solução de membrana. Veja o texto para a receita exata.

Deixe a primeira camada secar completamente. Primeiro, use a pistola de calor e depois a arma de calor juntamente com uma configuração dedicada para acelerar o processo de secagem. Evite usar uma taxa de rotação muito alta em uma membrana completamente úmida, pois pode resultar na perda de material ativo.

Consulte o texto para mais detalhes. Inspecione a membrana contra a luz de fundo em busca de pinholes. Continue aplicando camadas de revestimento até obter uma membrana livre de defeitos.

Adicione camadas de membrana subsequentes com extrema cautela. Aplique camadas finas o mais possível e nunca mais suba duas vezes em superfícies molhadas. Aplique camadas em ambos os lados.

Desta forma, o reforço permanecerá no meio do composto. Deixe uma camada secar antes de adicionar outra. Uma vez obtida uma membrana livre de defeitos, verifique sua espessura usando um medidor de espessura.

Atualmente, são 54 micrômetros. Em um frasco selado, dissolva o polímero no solvente mexendo durante a noite a 70 graus Celsius usando um agitador magnético e uma placa quente controlada pela temperatura. Veja o texto para a receita exata.

Em outro frasco, pese o pó de carbono, adicione líquido iônico, solvente e uma barra de agitação magnética. Sele o frasco e misture. Uma vez que a suspensão de carbono tenha homogeneizado e o polímero tenha dissolvido, fixe ou remova a conta magnética e despeje a solução de polímero na suspensão de carbono.

Use 10 mililitros de solvente para remover resíduos de polímeros das paredes do frasco e adicioná-lo à suspensão de carbono. Homogeneize a suspensão usando uma sonda ultrassônica. Depois disso, a suspensão está pronta para uso ou armazenamento.

Encha o reservatório de uma pistola de pulverização ou escova de ar com acetona. Teste o fluxo em um pedaço de papel primeiro. Certifique-se de que a escova de ar está limpa e livre de bloqueios.

Durante o armazenamento, a suspensão pode se transformar em um gel. Misture-o em um navio fechado a 70 graus Celsius para obter um líquido. Encha o reservatório da escova de ar com a suspensão do eletrodo.

Teste o fluxo de suspensão em um pedaço de papel primeiro. Pegue a membrana preparada. Comece a mover a pistola de spray antes de começar a pulverizar.

Mantenha a arma em movimento em golpes retos. Deixe um lado secar antes de começar a pulverizar do outro. Pulverizar até que a espessura desejada tenha sido atingida.

Remova cuidadosamente o material da armação. Se a membrana têxtil reforçada foi utilizada, então alinhe o corte com as fibras. Corte uma peça de quatro por três centímetros usando uma régua de metal e um bisturi.

Este tamanho de corte é mais conveniente para lotes de pequeno a médio porte. No entanto, não é crucial a obtenção de atuadores de trabalho. Pegue um tubo de metal ou tubo e conserte a peça de corte sobre ele.

Tente sobrepor apenas cerca de um milímetro do material atuador com fita. Pegue uma folha de ouro fino no papel de transferência e corte-o em quatro por quatro centímetros de pedaços. Coloque um deles em um papel de tecido.

Pulverize o composto com uma fina camada de cola. Veja o texto para a receita exata. Rapidamente a loja o pincel de ar ereto.

Enrole o tubo sobre a folha de ouro enquanto a cola ainda está molhada. Não é necessária pressão excessiva para rodar. Remova a transferência e role novamente o papel do tecido para ter certeza de que o ouro está devidamente preso.

Coloque o material para secar. Uma vez seco, remova cuidadosamente a fita para liberar o material do tubo. Limpe o tubo com acetona.

Conserte o material no tubo, lado revestido de ouro de frente para o tubo. Em seguida, repita os passos para anexar o coletor atual do outro lado também. Note os lados que estavam cobertos com fita adesiva.

Corte retângulos ou formas mais complexas. Uma amostra de quatro por 20 milímetros é boa para caracterização. Alinhe o comprimento da amostra com uma direção curva.

O gripper macio deve ser termoformado primeiro. Coloque o atuador em um molde de frasco de vidro para formar o gripper em forma. Uma vez que o atuador esteja dentro do molde, coloque-os em um forno ou use a luz infravermelha.

A pinça é colocada entre contatos dourados, o lado dourado voltado para o material ativo. As etapas de tensão são aplicadas para lidar com a carga útil. Abrindo o gripper.

Fechando o gripper. Levantando a carga à mão. Testando o aperto.

E finalmente, liberando a carga. Clipes kelvin são usados para caracterização. Coloque o atuador entre os grampos e monitore o alfa angular usando uma câmera de vídeo.

Em caso de sinal triangular, a resposta atual de um atuador funcional é capacitiva. Considerando que a resposta de uma amostra defeituosa segue de perto a Lei de Ohm e é resistiva. Use microscopia eletrônica de varredura para descrever a estrutura do atuador.

As amostras são congeladas fraturadas usando nitrogênio líquido para obter seções transversais de corte limpo. Atenção:Nunca feche a tampa de um recipiente de nitrogênio líquido. O acúmulo de pressão pode causar ferimentos graves.

Primeiro, congele o atuador por alguns minutos em nitrogênio líquido. Em seguida, use dois conjuntos de pinças frias para quebrar a amostra congelada. Atuadores têxteis reforçados podem não quebrar mesmo no estado congelado.

Congele um bisturi junto com o atuador e corte a amostra congelada em dois pedaços. Esta é uma seção transversal de um atuador ptfe mostrando dois eletrodos de carbono, separados por uma membrana PTFE, formando o atuador. O ponto chave deste método é a inclusão de um reforço inerte como o PTFE na camada de membrana.

Isso simplifica significativamente o processo de fabricação e permite fabricar reproduzivelmente os materiais ativos em larga escala. Nosso método mostra um caminho promissor para a fabricação em escala industrial de atuadores iônicos.