Мягкие электроды на основе микрофлюидных каналов и их применение в емкостном измерении давления

Summary

Гибкие электроды имеют широкий спектр применения в мягкой робототехнике и носимой электронике. Настоящий протокол демонстрирует новую стратегию изготовления электродов с высокой растяжимостью и высоким разрешением через литографически определенные микрофлюидные каналы, что прокладывает путь для будущих высокопроизводительных датчиков мягкого давления.

Abstract

Гибкие и растягивающиеся электроды являются важными компонентами мягких искусственных сенсорных систем. Несмотря на последние достижения в области гибкой электроники, большинство электродов ограничены либо разрешением рисунка, либо возможностью струйной печати сверхэластичными материалами с высокой вязкостью. В этой статье мы представляем простую стратегию изготовления растягивающихся композитных электродов на основе микроканалов, которая может быть достигнута путем соскабливания эластичных проводящих полимерных композитов (ECPC) в литографически тисненые микрофлюидные каналы. ECPC были получены методом выпаривания летучих растворителей, который обеспечивает равномерную дисперсию углеродных нанотрубок (УНТ) в матрице полидиметилсилоксана (PDMS). По сравнению с традиционными методами изготовления, предлагаемая технология может способствовать быстрому изготовлению четко определенных растягивающихся электродов с высоковязкой суспензией. Поскольку электроды в этой работе были изготовлены из полностью эластомерных материалов, между электродами на основе ECPC и подложкой на основе PDMS на границах раздела стенок микроканалов могут образовываться прочные взаимосвязи, что позволяет электродам проявлять механическую прочность при высоких деформациях на растяжение. Кроме того, систематически изучался и механико-электрический отклик электродов. Наконец, мягкий датчик давления был разработан путем объединения диэлектрической силиконовой пены и слоя межпальцевых электродов (IDE), и это продемонстрировало большой потенциал для датчиков давления в приложениях мягкого роботизированного тактильного зондирования.

Introduction

Мягкие датчики давления широко используются в таких приложениях, как пневматические роботизированные захваты¹, носимая электроника², системы человеко-машинного интерфейса³ и т. д. В таких приложениях сенсорная система требует гибкости и растяжимости для обеспечения конформного контакта с произвольными криволинейными поверхностями. Следовательно, для обеспечения постоянной функциональности в экстремальных условиях^{деформации 4} требуются все основные компоненты, включая подложку, преобразующий элемент и электрод. Кроме того, для поддержания высоких характеристик срабатывания д....

Protocol

1. Синтез суспензии ECPCs

1. Диспергируют УНТ в растворитель толуола в массовом соотношении 1:30 и разбавляют основание PDMS толуолом в массовом соотношении 1:1.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Вся экспериментальная процедура, показанная на рисунке 1, должна проводиться в хорошо вентилируемом вытяжном шкафу.
2. Магнитно перемешивают суспензию УНТ/толуол и раствор ПДМС/толуола при комнатной температуре в течение 1 ч.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг позволяет хорошо диспергировать УНТ в матрице PDMS на следующем этапе.
3. Смешайте суспензию УНТ/толуол и раствор ПДМС/толуола с образованием жидкой смеси УНТ/ПДМС/толуол и магнитно....

Results

Следуя протоколу, ECPC могут быть структурированы через микрофлюидный канал, что приводит к образованию растягивающихся электродов с высоким разрешением. На рисунках 3А, В показаны фотографии мягких электродов с различными конструкциями трассировок и разрешениями печати. На рисунке 3C показана различная ширина линий изготовленных электродов, включая 50 мкм, 100 мкм и 200 мкм. Сопротивление каждого электрода представлено на р.......

Discussion

В этом протоколе мы продемонстрировали новый метод печати на основе микрофлюидных каналов для растягивающихся электродов. Проводящий материал электрода, суспензия ECPC, может быть получен методом испарения растворителя, который позволяет УНТ хорошо диспергироваться в матрице PDMS, образуя таким образом проводящий полимер, который проявляет растяжимость, такую же высокую, как и подложка PDMS.

В процессе соскабливания суспензия ECPCs быстро заполняется микрофлюидным каналом PDMS с помощью бритве.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Фотоаппарат	OPLENIC DIGITAL CAMERA
Углеродные нанотрубки (УНТ)	Nanjing Xianfeng Нанотехнологии		Диаметр: 10-20 нм, Длина: 10-30 μ m
Мешалка с подогревом	Thermo Scientific	Super-Nuova+	Оборудование для перемешивания и нагрева
LCR-метр	Оборудование для	емкости	Оборудование для измерения емкости
Микроскоп	SDPTOP
Мультиметр	Оборудование для измерения сопротивления	Fluke
Печь	Yamoto	DX412C	Нагревательное оборудование
Фотомаска	Шэньчжэнь Вэйна Электронные технологии
Фоторезист	Microchem	SU-8 3050
Полидиметилсилоксан (PDMS)	Dow Corning	Sylgard 184	Силиконовый эластомер
Силиконовая пена Гладкая	на	Soma Foama 25	Двухкомпонентная платиновая силиконовая гибкая пена
Силиконовая пластина	Сучжоу Кристалл Силикон Электронный & Технологический		диаметр: 2-дюймовая
мешалка	IKA	Color Squid	Оборудование для перемешивания
толуола	Sinopharm Химический реагент		Растворитель для приготовления
ECPC Триэтоксисилан	Маклин