Name: Aumento da sensibilidade de sensores de pressão capacitivos macios usando uma técnica de controle de porosidade baseada em evaporação de solvente (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-24T14:40:00.000+00:00
Duration: 10 min 28 s
Description: Aprenda a fabricar sensores de pressão capacitivos flexíveis com desempenho controlável ajustando a fração mássica de solvente para otimizar a porosidade da camada dielétrica de PDMS.

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

Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China sob Grant 62273304.

1. Fabricação do sensor de pressão capacitivo macio com uma camada dielétrica porosa de PDMS
<ol><li>Fabricação da camada dielétrica porosa de PDMS<ol><li>Prepare o modelo poroso de açúcar/eritritol seguindo os passos abaixo.<ol><li>Filtrar o açúcar com peneiras de amostra com aberturas de 270 μm e 500 μm. Escolha açúcar com diâmetro de partícula na faixa de 270-500 μm. NOTA: Um tamanho de partícula de açúcar maior ou menor também é aceitável, desde que a uniformidade esteja dentro dos limites de tolerância. O diâmetro da partícula de açúcar afetará o tamanho dos poros da camada porosa de PDMS fabricada em uma etapa posterior, mas não determinará o tamanho dos poros completamente.</li>
			<li>Moer eritritol (ver Tabela de Materiais) em pó para garantir uma mistura mais uniforme com o açúcar.</li>
			<li>Pesar uma certa quantidade de açúcar filtrado e eritritol em pó com uma proporção de massa de 20:1. Agite para misturá-los uniformemente.</li>
			<li>Encher a mistura açúcar/eritritol num molde metálico de açúcar/eritritol obtido comercialmente (ver Tabela de Materiais). Pressione a superfície para tornar o enchimento compacto. NOTA: Para garantir uma fácil desmoldagem na próxima etapa, uma camada de folha de Al pode ser colocada no molde antes do açúcar/eritritol.</li>
			<li>Aquecer o molde com a mistura açúcar/eritritol em estufa de convecção a 135 °C durante 2 horas, como mostra a figura 1A. Depois de esfriar à temperatura ambiente, retire o açúcar da placa de caroço (ou seja, o molde poroso).</li>
		</ol></li>
		<li>Fabricar a camada dielétrica PDMS controlável por porosidade.<ol><li>Pesar 5 g de tolueno, 5 g de base de PDMS e 0,5 g de agente de cura de PDMS (ver Tabela de Materiais) em um tubo de centrífuga (ou seja, a relação de massa de base PDMS/tolueno/agente de cura é de 10:10:1). Mexa a solução uniformemente. NOTA: A razão de massa da solução base de PDMS para o agente de cura é fixada em 10:1, enquanto a razão de massa de PDMS para tolueno é usada para controlar a porosidade da camada dielétrica de PDMS. A porosidade diminui com o aumento da fração PDMS. A porosidade mínima é obtida quando não se adiciona tolueno.</li>
			<li>Centrifugar a solução a 875 x g durante 30 s à temperatura ambiente para remover as bolhas de ar. Observação : se o volume da solução é grande, a solução pode ser preparada em um copo. O tratamento centrífugo é substituído por desgaseificação a vácuo por 15 min.</li>
			<li>Colocar o molde quadrado de açúcar/eritritol poroso obtido no passo 1.1.1 numa placa de Petri. Insira fita dupla face como espaçadores sob os quatro cantos para levantar o molde da superfície da placa de Petri. NOTA: O modelo também pode ser colocado em um wafer Si, mas esse método levará a uma camada mais espessa de PDMS na interface entre o modelo e o wafer Si, o que pode afetar o desempenho do sensor.</li>
			<li>Despeje a solução de PDMS/tolueno sobre o molde e incline levemente a placa de Petri para que a solução possa preencher completamente todas as lacunas entre as partículas de açúcar, como mostrado na Figura 1B.</li>
			<li>Coloque a placa de Petri com o molde poroso preenchido com solução de PDMS/tolueno em um dessecador a vácuo e desgaseifique por 20 min.</li>
			<li>Transfira a placa de Petri do exsicador a vácuo para o forno a 90 °C por 45 min para evaporar o tolueno e curar o PDMS líquido.</li>
			<li>Imergir o PDMS curado embutido no molde poroso em água deionizada (água DI), como mostra a Figura 1C. Aqueça numa placa quente a 140 °C até que o molde de açúcar se dissolva completamente. Limpe o PDMS poroso com água DI.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Fabricação das camadas de eletrodos flexíveis à base de ECPCs<ol><li>Sintetize a tinta ECPCs.<ol><li>Pesar 0,16 g de CNTs (diâmetro: 10-20 nm, comprimento: 10-30 μm, ver Tabela de Materiais) e 4 g de tolueno em um copo, e agitar magneticamente a 250 rpm por 1,5 h. Enquanto isso, pese 2 g de base de PDMS e 2 g de tolueno em um copo e mexa magneticamente a 200 rpm por 1 h. Cubra o copo com película de vedação enquanto agita para evitar a evaporação do solvente.</li>
			<li>Misture a suspensão CNTs/tolueno com a solução de base/tolueno PDMS e cubra o copo com uma película de vedação. Agite magneticamente a 250 rpm por 2 h.</li>
			<li>Adicionar 0,2 g de agente de cura PDMS à solução mista. Agitar magneticamente a 75 °C e 250 rpm durante 1 h. Descubra o copo para evaporação do solvente e concentração da suspensão ao agitar, como mostrado na Figura 1D, E. NOTA: A duração da agitação e do aquecimento é ajustável. A viscosidade da mistura aumenta com o tempo de agitação, o que facilita a operação seguinte do revestimento de raspagem. No entanto, a duração não deve ser muito longa para impedir a cura da solução PDMS. Quando a mistura é concentrada a uma viscosidade conveniente para o revestimento de raspagem, o processo de síntese de tinta ECPCs é concluído.</li>
		</ol></li>
		<li>Raspe os eletrodos seguindo os passos abaixo.<ol><li>Pesar tolueno, base PDMS e agente de cura PDMS em um tubo de centrífuga com uma relação de massa de 2:10:1. Mexa a solução uniformemente.</li>
			<li>Centrifugar a solução a 875 x g durante 30 s à temperatura ambiente para remover as bolhas de ar.</li>
			<li>Despeje 1,3 g de solução de PDMS/tolueno em um molde metálico de eletrodo obtido comercialmente (ver Tabela de Materiais) com um padrão de eletrodo em relevo, como mostrado na Figura 1F. NOTA: O padrão em relevo na parte inferior do molde tem 0,2 mm de espessura.</li>
			<li>Coloque o molde em um dessecador a vácuo e desgaseifique por 10 min.</li>
			<li>Curar o PDMS no molde em uma placa quente a 90 °C por 15 min. Descascar o filme PDMS estampado após arrefecer à temperatura ambiente.</li>
			<li>Conecte o lado plano do filme PDMS em um wafer de Si (ou seja, exponha o lado com o padrão de eletrodo). Certifique-se de que não existem bolhas de ar entre o filme PDMS e o wafer Si.</li>
			<li>Revestir a tinta ECPCs preparada na etapa 1.2.1 no padrão de eletrodos, como mostra a Figura 1G . Limpe o excesso de tinta com um lenço sem pó mergulhado em álcool isopropílico (IPA).</li>
			<li>Cure a tinta ECPCs em uma placa quente a 90 °C por 15 min.</li>
			<li>Repita os passos 1.2.2.3-1.2.2.8 para fabricar as camadas superior e inferior do eléctrodo.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Colagem e embalagem dos sensores capacitivos macios<ol><li>Fixe o fio metálico (ver Tabela de Materiais) ao eléctrodo. Solte tinta condutiva prateada (consulte Tabela de Materiais) no local de conexão para garantir uma boa condutividade, como mostra a Figura 1H. Aguarde até que a tinta condutora de prata seque à temperatura ambiente.</li>
		<li>Solte a solução líquida de PDMS preparada na etapa 1.2.2.1 na conexão para selar completamente a tinta condutora de prata seca. Curar o PDMS numa placa quente a 90 °C durante 15 minutos.</li>
		<li>Repita as etapas 1.3.1-1.3.2 para conectar o fio para as camadas superior e inferior do eletrodo.</li>
		<li>Aplicar uniformemente sobre o filme do eléctrodo uma fina camada de PDMS líquido preparado no passo 1.2.2.1 como camada de adesão para ligação entre a camada do eléctrodo e a camada dieléctrica.</li>
		<li>Coloque a camada dielétrica porosa de PDMS fabricada na etapa 1.1.2 sobre a camada de eletrodos.</li>
		<li>Curar a cola PDMS numa placa quente a 95 °C durante 10 minutos. Coloque uma placa de Petri de vidro sobre o PDMS poroso para garantir um bom contato entre as duas camadas durante o aquecimento.</li>
		<li>Repita o passo 1.3.4 para a outra camada de eléctrodos. Inverter a camada eletrodo-dielétrica colada obtida na etapa 1.3.6 e colocá-la sobre a outra camada de eletrodo único (isto é, ter a camada porosa de PDMS em contato direto com a camada de eletrodo). Certifique-se de que os dois eletrodos estejam estritamente alinhados um ao outro.</li>
		<li>Repetir o passo 1.3.6 para terminar a ligação entre a camada porosa de PDMS e a outra camada de eléctrodos. NOTA: Uma ilustração do sensor final é mostrada na Figura 1I. Ilustrações da estrutura e dos materiais do sensor são mostradas na Figura 1J.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Processo experimental de caracterização do desempenho de sensores
<ol><li>Configuração de carga de pressão de passo e sistema de aquisição de dados<ol><li>Use um indenter impresso em 3D com uma área de carga que seja um círculo de 2,5 cm de diâmetro para a carga de pressão (consulte Tabela de Materiais) do sensor em teste.</li>
		<li>Fixe o indenter em um estágio móvel linear vertical controlado por um motor de passo (consulte a Tabela de Materiais) através de um sensor de pressão de tração padrão.</li>
		<li>Meça a capacitância do sensor de pressão capacitivo suave com um medidor LCR enquanto registra os dados de pressão padrão usando um dispositivo de aquisição de dados (DAQ). Conecte o medidor LCR e o DAQ a um computador executando o programa de registro de dados LabVIEW (consulte Tabela de Materiais). NOTA: Ilustrações do arranjo experimental são mostradas na Figura 2. Uma mola é aplicada entre o indenter e o sensor de pressão de tração padrão, que converte o deslocamento vertical do estágio linear em movimento para pressão de carga.</li>
	</ol></li>
	<li>Testando o desempenho de detecção<ol><li>Controle o motor de passo para conduzir o indenter a se mover verticalmente para baixo por uma distância programada. Registre os dados de capacitância e pressão padrão aumentando a força de carregamento com o mesmo intervalo em cada ciclo de carregamento consecutivo até que a pressão de carregamento atinja 40 N (~80 kPa).</li>
		<li>Controle o motor de passo para conduzir o indenter a subir verticalmente pela mesma distância que na última etapa. Registre a capacitância e os dados de pressão padrão após o indenter ter estabilizado. Repita a operação diminuindo a força de carregamento com o mesmo intervalo; a cada ciclo de carregamento consecutivo, a pressão de carregamento cai para 0 N.</li>
		<li>Controle o motor de passo para conduzir o indenter a se mover verticalmente para baixo por uma distância programada. Registre a capacitância e os dados de pressão padrão. Repita os testes de carga e descarga por 2.500 ciclos enquanto registra a capacitância do dispositivo em teste (DUT) em função da leitura de pressão padrão.</li>
		<li>Controle o indenter para pressionar rapidamente e permanecer estável por alguns segundos antes de retornar ao carregamento de 0 N. Repita isso cinco vezes e registre a capacitância em função do 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>

Os autores não têm nada a revelar.

Este trabalho propõe um método simples baseado na evaporação de solventes para controlar a porosidade, e uma série de resultados experimentais comprovaram sua viabilidade. Embora a estrutura porosa tenha sido amplamente utilizada no sensor de pressão capacitivo flexível, o controle da porosidade ainda necessita de maior otimização. Ao contrário dos métodos existentes para alterar o tamanho das partículas do PFA 11,12,13,18,19 e a proporção de substrato polimérico para PFA <...

Nos últimos anos, sensores flexíveis de pressão vêm chamando a atenção devido à sua indispensável aplicação em robótica suave 1,2,3, interfaces hápticas "homem-máquina" 4,5 e monitoramento de saúde 6,7,8. Geralmente, os mecanismos de detecção de pressão incluem piezoresistiva 1,4,7, piezelétrica 2,6, capacitiva 2,3,9,10,11,12,13 e triboelétrica 8 Sensores. Dentre eles, os sensores de pressão capacitivos destacam-se como um dos métodos mais promissores em sensoriamento tátil devido à sua alta sensibilidade, baixo limite de detecção (LOD), etc.
Para um melhor desempenho de sensoriamento, várias microestruturas, como micropirâmides 2,9,14, micropilares 15 e microporos9,10,11,12,13,16,17 foram introduzidas em sensores de pressão capacitivos flexíveis, e os métodos de fabricação também foram otimizados para melhorar ainda mais o sensoriamento desempenho de tais estruturas. No entanto, a maioria dessas estruturas requer instalações sofisticadas de microfabricação, o que aumenta significativamente os custos de fabricação e as dificuldades operacionais. Por exemplo, como a microestrutura mais comumente usada em sensores de pressão mole, as micropirâmides contam com wafers de Si definidos litograficamente e gravados a úmido como molde de moldagem, o que requer equipamentos de precisão e um ambiente de sala limpa rigoroso 9,14. Portanto, estruturas de microporos (estruturas porosas) que podem ser feitas por processos de fabricação simples e com matérias-primas de baixo custo, mantendo alto desempenho de sensoriamento, têm chamado cada vez mais atenção recentemente9,10,11,12,13,16,17 . Isso será discutido, juntamente com as desvantagens da mudança do PFA e sua quantidade, como motivação para o uso do nosso método de controle de frações.
Neste trabalho, este trabalho propõe um método simples e de baixo custo baseado na técnica de evaporação de solvente para fabricar um sensor de pressão capacitivo flexível poroso com porosidade controlável. O processo completo de fabricação inclui a fabricação da camada dielétrica porosa do PDMS, o revestimento de raspagem dos eletrodos e a colagem de três camadas funcionais. Especificamente, este trabalho utiliza de forma inovadora uma solução mista PDMS/tolueno com uma certa razão de massa para fabricar a camada dielétrica porosa de PDMS com base no molde da mistura açúcar/eritritol. Enquanto isso, um tamanho uniforme de partícula de PFA garante morfologia e distribuição uniforme dos poros; assim, a porosidade pode ser controlada alterando-se a relação PDMS/massa de tolueno. Os resultados experimentais mostram que a sensibilidade do sensor de pressão proposto pode ser aumentada mais de duas vezes aumentando a relação PDMS/massa de tolueno de 1:8 para 1:1. A variação na espessura da parede dos microporos devido às diferentes relações de massa PDMS/tolueno também é confirmada por imagens de microscópio óptico. O sensor de pressão capacitivo suave otimizado mostra um alto desempenho de sensoriamento com sensibilidade e tempo de resposta de 3,47% kPa−1 e 0,2 s, respectivamente. Este método alcança a fabricação rápida, de baixo custo e fácil operação de uma camada dielétrica porosa com porosidade controlável.

<table><tbody><tr><td>Impressora 3D</td><td>Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd</td><td>X-MAX</td><td></td></tr><tr><td>Metais de impressão 3D</td><td>Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd</td><td>Filamento de impressão 3D PLA 1,75 mm</td><td></td></tr><tr><td>Nanotubos de carbono (CNTs)</td><td>XFNANO</td><td>XFM13</td><td></td></tr><tr><td>Aquisição de dados (DAQ)</td><td>National Instruments</td><td>USB6002</td><td></td></tr><tr><td>Fita dupla face</td><td>Minnesota Mining e Fabricação (3M)</td> <td>3M VHB 4910</td><td>Molde</td></tr><tr><td>de metal de eletrodo</td> de 1 mm <td>de espessura Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd</td><td></td><td>Este molde de metal é uma placa de metal redonda com uma ranhura redonda de fundo plano e um padrão de eletrodo em relevo de 0,2 mm de espessura no meio da ranhura.</td></tr><tr><td>Eritritol</td><td>Shandong Sanyuan Biotechnology Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Álcool isopropílico (IPA)</td><td>Reagente químico Sinopharm Co., Ltd</td><td>80109218</td><td></td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2019</td><td></td></tr><tr><td>Medidor LCR</td><td>Keysight</td><td>EA4980AL</td><td></td></tr><tr><td>Fio de metal</td><td>Hangzhou Hongtong WIRE& CABO Co., Ltd.</td><td>2UEW / 155</td><td></td></tr><tr><td>Microscópio</td><td>Aosvi</td><td>T2-3M180</td><td></td></tr><tr><td>Software de modelagem numérica</td><td>COMSOL</td><td>COMSOL Multifísica 5.6</td><td></td></tr><tr><td>Polidimetilsiloxano (PDMS)</td> <td>Dow Chemical Company</td><td>SYLGAR 184 Kit de elastômero de silicone</td><td>Duas partes (base e agente de cura)</td></tr> <tr><td>Filme de vedação</td><td>Corning</td><td>PM-996</td><td>parafilm</td></tr><tr><td>Si wafer</td><td>Suzhou Crystal Silicon Electronic & Technology Co.,Ltd</td><td>ZK20220416-03</td><td>Diâmetro (mm): 50,8 +/- 0,3 Tipo/Orientação: P/100 Espessura (&micro; m): 525 +/- 25</td></tr><tr><td>Tinta condutora de prata</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>12686-15</td><td></td></tr><tr><td>Motor de passo</td><td>BEIJING HAI JIE JIA CHUANG Technology Co., Ltd</td><td>57H B56L4-30DB</td><td></td></tr><tr><td>Molde de metal de modelo de açúcar/eritritol</td><td>Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd</td><td></td><td>Este molde de metal é uma placa de metal quadrada de 5 mm de espessura com uma ranhura quadrada de fundo plano de 2,5 mm de profundidade.</td></tr><tr>Reagente químico Co. de <td>Tolueno</td><td>Sinopharm, Ltd</td><td>10022819</td><td></td></tr></tbody></table>

aumento da sensibilidade de sensores de pressão capacitivos macios usando uma técnica de controle de porosidade baseada em evaporação de solvente

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

Os sensores de pressão suave desempenham um papel significativo no desenvolvimento da sensação tátil "homem-máquina" em robótica suave e interfaces hápticas. Especificamente, sensores capacitivos com matrizes poliméricas micro-estruturadas têm sido explorados com considerável esforço devido à sua alta sensibilidade, ampla faixa de linearidade e rápido tempo de resposta. No entanto, a melhoria do desempenho de detecção muitas vezes depende do projeto estrutural da camada dielétrica, que requer instalações sofisticadas de microfabricação. Este artigo relata um método simples e de baixo custo para fabricar sensores de pressão capacitivos porosos com sensibilidade melhorada usando o método baseado em evaporação de solvente para ajustar a porosidade. O sensor consiste em uma camada dielétrica porosa de polidimetilsiloxano (PDMS) colada com eletrodos superior e inferior feitos de compósitos poliméricos condutores elásticos (ECPCs). Os eletrodos foram preparados por lama condutora de PDMS dopada com nanotubos de carbono (CNTs) em filmes de PDMS padronizados por molde. Para otimizar a porosidade da camada dielétrica para melhorar o desempenho de sensoriamento, a solução de PDMS foi diluída com tolueno de diferentes frações mássicas em vez de filtrar ou moer o agente formador de poros de açúcar (PFA) em diferentes tamanhos. A evaporação do solvente tolueno permitiu a rápida fabricação de uma camada dielétrica porosa com porosidades controláveis. Confirmou-se que a sensibilidade poderia ser aumentada mais duas vezes quando a relação tolueno/PDMS foi aumentada de 1:8 para 1:1. A pesquisa proposta neste trabalho possibilita um método de baixo custo de fabricação de pinças robóticas macias biônicas totalmente integradas com mecanorreceptores sensoriais macios de parâmetros de sensores sintonizáveis.

A fotografia do molde poroso de açúcar/eritritol é mostrada na Figura 3A. A Figura 3B mostra a camada de eletrodos flexíveis com um padrão de ECPCs revestidos com raspagem. A Figura 3C mostra o sensor de pressão capacitivo macio com uma camada dielétrica porosa fabricada com o método proposto. Quatro camadas dielétricas porosas de PDMS foram fabricadas à base de soluções PDMS/tolueno com diferentes relações de mass...

Um método de fabricação simples e econômico baseado na técnica de evaporação de solvente é apresentado para otimizar o desempenho de um sensor de pressão capacitivo macio, que é possibilitado pelo controle de porosidade na camada dielétrica usando diferentes razões de massa da solução de moldagem PDMS/tolueno.

Aumento da sensibilidade de sensores de pressão capacitivos macios usando uma técnica de controle de porosidade baseada em evaporação de solvente

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

Propusemos um novo método para fabricar sensores de pressão competitivos flexíveis com desempenho controlável. É realizado ajustando-se a fração mássica do solvente para controlar a porosidade da camada dielétrica. A otimização do sensor de pressão competitivo é realizada por um método econômico e de fácil operação que evita o uso de instalações sofisticadas de microfabricação.Para fabricar a camada dielétrica porosa de PDMS, pesar o açúcar filtrado e o pó de eritritol com uma relação de massa de 20 para 1 e misturá-los uniformemente agitando. Encha a mistura em um molde metálico de eritritol de açúcar obtido comercialmente e pressione a superfície para tornar o enchimento compacto. Aqueça a mistura em forno de convecção a 135 graus Celsius por duas horas.Após o aquecimento, deixe a mistura arrefecer à temperatura ambiente antes de remover o açúcar da placa de caroço. Para fabricar a camada dielétrica PDMS controlável por porosidade, pese cinco gramas de tolueno, cinco gramas de base PDMS e 0,5 gramas de agente de cura PDMs em um tubo de centrífuga e agite a solução uniformemente. Centrifugar a solução a 875G durante 30 segundos à temperatura ambiente para remover bolhas de ar.Coloque o molde poroso quadrado de açúcar-eritritol em uma placa de Petri. Insira fita dupla face como espaçadores sob os quatro cantos para levantar o molde da superfície da placa de Petri. Despeje a solução de tolueno PDMS no molde e incline levemente o prato para preencher todas as lacunas entre as partículas de açúcar.Em seguida, coloque o prato em um exsicador a vácuo e desgaseifique por 20 minutos. Após a desgaseificação, transfira a placa do exsicador para o forno a 90 graus Celsius por 45 minutos para evaporar o tolueno e curar o PDMS líquido. Em seguida, mergulhe o PDMS curado embutido no molde poroso em água deionizada.Aqueça em uma placa quente a 140 graus Celsius até que o molde de açúcar se dissolva completamente e limpe o PDMS poroso com água deionizada. Para a fabricação das camadas de eletrodos flexíveis com base em ECPCs, primeiro, sintetize a tinta ECPCs pesando 0,16 gramas de nanotubos de carbono, ou CNTs, e quatro gramas de tolueno em um béquer. Cubra o copo com filme de vedação para evitar a evaporação do solvente e mexa magneticamente a 250 RPM por 90 minutos.Pesar dois gramas de base PDMS e dois gramas de tolueno num copo e colocar num agitador magnético a 200 RPM durante uma hora. Após a preparação de ambas as soluções, misture a suspensão de tolueno CNTs com a solução de tolueno base PDMS e cubra o copo com uma película de vedação. Mexa magneticamente a 250 RPM por duas horas.Após a mistura, descubra o copo e adicione 0,2 gramas de agente de cura PDMS na solução mista. Mexa magneticamente a 75 graus Celsius e 250 RPM por uma hora. Para raspar os eletrodos, pesar tolueno, base PDMS e agente de cura PDMS em um tubo de centrífuga com uma relação de massa de 2 a 10 para 1 e agitar a solução uniformemente.Em seguida, centrifugar a solução a 875G por 30 segundos à temperatura ambiente para remover bolhas de ar. Despeje 1,3 gramas de solução de tolueno PDMS em um molde metálico de eletrodo obtido comercialmente com um padrão de eletrodo em relevo. Coloque o molde em um exsicador a vácuo e desgaseifique por 10 minutos.Em seguida, cure o PDMS no molde em uma placa quente a 90 graus Celsius por 15 minutos. Após o resfriamento à temperatura ambiente, descasque o filme PDMS padronizado. Conecte o lado plano do filme PDMS a um wafer de silício.Revestir a tinta ECPCs no padrão de eletrodos. Cure a tinta do ECPC em placa quente a 90 graus Celsius por 15 minutos. Para colagem e embalagem dos sensores capacitivos macios, prenda o fio metálico ao eletrodo.Solte a tinta condutiva prateada no local de conexão para uma boa condutividade e aguarde até que a tinta condutora prateada seque. Solte a solução PDMS na conexão para selar completamente a tinta condutora de prata seca. Cure o PDMS em uma placa quente a 90 graus Celsius por 15 minutos.Após a cura, repita os passos para conectar o fio para as camadas superior e inferior do eletrodo. Aplicar uma fina camada de PDMS uniformemente sobre o filme do eletrodo como uma camada de adesão para a ligação entre o eletrodo e as camadas dielétricas. Em seguida, coloque a camada dielétrica porosa de PDMS fabricada sobre a camada de eletrodos.Cure a cola PDMS a 95 graus Celsius por 10 minutos. Coloque uma placa de Petri de vidro sobre o PDMS poroso para garantir um bom contato entre as duas camadas durante o aquecimento. Aplique uma fina camada de PDMS uniformemente sobre a outra camada de eletrodos.Em seguida, inverta a camada dielétrica do eletrodo colado e coloque-a na outra camada de eletrodo único. Após o alinhamento dos dois eletrodos, finalizar a colagem entre a camada porosa de PDMS e a outra camada de eletrodos. Para testar o desempenho de detecção, controle o motor de passo para acionar o recuo para se mover verticalmente por uma distância programada.Registre os dados de capacitância e pressão padrão aumentando a força de carregamento com o mesmo intervalo em cada ciclo de carregamento consecutivo até que a pressão de carregamento atinja 40 Newtons. Novamente, controle o motor de passo e registre a capacitância e os dados de pressão padrão. Repita os testes de carga e descarga por 2.500 ciclos enquanto registra a capacitância do dispositivo em teste em função da leitura de pressão padrão.Controle o recuo para pressionar rapidamente e permanecer estável por alguns segundos antes de retornar à carga zero de Newton. Repita este procedimento cinco vezes e registre a capacitância em função do tempo. Imagens de microscópio óptico das camadas dielétricas porosas de PDMS fabricadas com diferentes razões de massa de tolueno PDMS mostraram que a espessura da parede dos poros diminuiu com o aumento da razão de massa da solução de tolueno PDMS.A análise de simulação mostrou que uma maior porosidade contribuiu para uma maior deformação compressiva, com melhor linearidade sob a mesma pressão de compressão aplicada. A curva de resposta à pressão de capacitância dos sensores com camadas dielétricas porosas de PDMS com diferentes razões de massa de tolueno PDMS exibiu sensibilidade diferente. Na faixa de carga de pressão de 0 a 10 quilopascals, o sensor com uma relação de massa de tolueno PDMS de um para um exibiu sensibilidade duas vezes maior do que o sensor com a razão de massa de tolueno PDMS de oito para um.Com o aumento da pressão, os poros da camada dielétrica foram diminuindo gradativamente de tamanho, diminuindo a sensibilidade até atingir o mesmo nível para todas as porosidades. A resposta capacitiva a cinco testes consecutivos de carga e descarga sob a mesma pressão de carregamento de 10 kilopascals é mostrada. O tempo de resposta do carregamento foi de 0,2 segundos.Os testes cíclicos revelaram que o sensor capacitivo macio fabricado como fabricado apresentou excelente repetibilidade após 2.500 ciclos. A porosidade da camada dielétrica do PDMS diminuirá à medida que a relação de massa do tolueno do PDMS aumentar, o que afetará o desempenho do sensor.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

Este trabalho apresenta um método simples e visual para detectar polimorfismos multi-nucleotídeos em uma plataforma de manipulação gota pneumático. Com o método proposto, toda a experiência, incluindo gota de manipulação e de detecção de polimorfismos de vários nucleótidos, pode ser realizada próximo de 23 ° C, sem o auxílio de instrumentos avançados.

A detecção visual Colorimétrico de polimorfismos multi-nucleótidos em uma plataforma de manipulação pneumático gota

Este artigo apresenta um aparelho baseado em impedância para detecção de taxa de evaporação de soluções. Ele oferece vantagens claras sobre uma abordagem de perda de peso convencional: uma resposta rápida, detecção de alta sensibilidade, uma pequena exigência de exemplo, várias medidas de amostras, e de fácil desmontagem para fins de limpeza e reutilização.

A plataforma baseada em alta impedância de desempenho para a detecção Taxa de evaporação

O objetivo deste procedimento é rapidamente e facilmente produzir um dispositivo microfluidic com geometria personalizável e resistência ao inchaço por fluidos orgânicos para estudos de recuperação de óleo. Um molde de polidimetilsiloxano é gerado pela primeira vez e então usado para converter o dispositivo baseado em epóxi. Um estudo representativo do deslocamento é relatado.

Dispositivos microfluídicos para caracterizar processos de evento Pore-escala em meios porosos para aplicações de recuperação de óleo

Aqui, apresentamos um protocolo para a detecção e quantificação de baixas moléculas abundantes em soluções complexas usando molecular imprinting em combinação com um biossensor de capacitância.

Detecção ultra-sensível de biomarcadores usando um Imprinting Molecular baseado Biosensor capacitivo

Este artigo descreve um protocolo juntamente com um estudo comparativo de duas técnicas de fabricação microfluida, a fotolitografia/gravura úmida/ligação térmica e Gravura Seletiva induzida por laser (SLE), que são adequadas para condições de alta pressão. Essas técnicas constituem plataformas de habilitação para observação direta do fluxo de fluidos em mídia permeável substituta e sistemas fraturados em condições de reservatório.

Técnicas de fabricação microfluidica para testes de alta pressão do transporte de espuma de CO2 supercrítica de microescala em reservatórios não convencionais fraturados

Aqui, apresentamos o protocolo de fabricação de um dispositivo orgânico de efeito de campo modulado por carga (OCMFET) para interligação celular in vitro . O dispositivo, chamado de micro OCMFET array, é um dispositivo flexível, de baixo custo e sem referência, que permitirá o monitoramento das atividades elétricas e metabólicas das culturas de células eletroativas.

In vitro Análise celular multiparamétrica por micro matrizes transistores moduladas por carga orgânica

Este protocolo descreve as técnicas de microfabricação necessárias para construir um dispositivo de eletroporação microfluídica de laboratório em um chip. A configuração experimental realiza transfecções controladas em nível de célula única em um fluxo contínuo e pode ser estendida a rendimentos mais altos com controle de base populacional. Uma análise é fornecida mostrando a capacidade de monitorar eletricamente o grau de permeabilização da membrana celular em tempo real.

A Fabricação e Operação de um Sistema de Micro-Eletroporação de Fluxo Contínuo com Detecção de Permeabilização

Apresentamos aqui um método para fenótipo mecânico de células individuais usando uma plataforma microfluídica baseada em eletrônica chamada detecção de mechano-node-pore (mechano-NPS). Esta plataforma mantém um rendimento moderado de 1-10 células/s enquanto mede as propriedades biofísicas elásticas e viscosas das células.

Mechano-Node-Pore Sensing: Uma plataforma rápida e sem rótulos para medições viscoelásticas de célula única multiparâmetro

Os eletrodos flexíveis têm uma ampla gama de aplicações em robótica suave e eletrônica vestível. O presente protocolo demonstra uma nova estratégia para fabricar eletrodos altamente extensíveis com alta resolução via canais microfluídicos definidos litograficamente, o que abre caminho para futuros sensores de pressão suave de alto desempenho.

Eletrodos macios baseados em canais microfluídicos e sua aplicação em sensoriamento capacitivo de pressão

O aquecida bigorna de diamante a laser combinada com síncrotron técnicas micro-difração permite aos pesquisadores explorar a natureza e as propriedades das novas fases da matéria em pressão e temperatura (PT) condições extremas. Amostras heterogêneas podem ser...

Síntese e microdiffraction a pressões e temperaturas extremas

Aprenda a fabricar sensores de pressão capacitivos flexíveis com desempenho controlável ajustando a fração mássica de solvente para otimizar a porosidade da camada dielétrica de PDMS.

Aumento da sensibilidade de sensores de pressão capacitivos macios usando uma técnica de controle de porosidade baseada em evaporação de solvente (Vídeo) | JoVE Journal

Aumento da sensibilidade de sensores de pressão capacitivos macios usando uma técnica de controle de porosidade baseada em evaporação de solvente

Explorar mais vídeos