Summary
Представлен простой и экономичный метод изготовления, основанный на методе выпаривания растворителя, для оптимизации характеристик мягкого емкостного датчика давления, что обеспечивается контролем пористости в диэлектрическом слое с использованием различных массовых соотношений формовочного раствора ПДМС/толуола.
Abstract
Мягкие датчики давления играют важную роль в развитии тактильных ощущений «человек-машина» в мягкой робототехнике и тактильных интерфейсах. В частности, емкостные датчики с микроструктурированными полимерными матрицами были исследованы со значительными усилиями из-за их высокой чувствительности, широкого диапазона линейности и быстрого времени отклика. Однако улучшение характеристик восприятия часто зависит от структурной конструкции диэлектрического слоя, что требует сложных микропроизводственных мощностей. В этой статье рассказывается о простом и недорогом методе изготовления пористых емкостных датчиков давления с улучшенной чувствительностью с использованием метода испарения растворителя для настройки пористости. Датчик состоит из пористого диэлектрического слоя из полидиметилсилоксана (PDMS), связанного с верхним и нижним электродами, изготовленными из эластичных проводящих полимерных композитов (ECPC). Электроды были приготовлены путем соскабливания проводящей суспензии PDMS, легированной углеродными нанотрубками (УНТ), в пленки PDMS с формовым рисунком. Для оптимизации пористости диэлектрического слоя для повышения чувствительности раствор PDMS разбавляли толуолом разных массовых долей вместо фильтрации или измельчения сахарного порообразующего агента (ПФА) в разные размеры. Испарение толуолового растворителя позволило быстро получить пористый диэлектрический слой с контролируемой пористостью. Было подтверждено, что чувствительность может быть повышена более двукратно, если отношение толуола к ПДМС было увеличено с 1:8 до 1:1. Исследование, предложенное в данной работе, позволяет использовать недорогой метод изготовления полностью интегрированных бионических мягких роботизированных захватов с мягкими сенсорными механорецепторами настраиваемых параметров датчика.
Introduction
В последние годы гибкие датчики давления привлекают внимание благодаря их незаменимому применению в мягкой робототехнике 1,2,3, тактильных интерфейсах «человек-машина»4,5 и мониторинге работоспособности 6,7,8. Как правило, механизмы измерения давления включают пьезорезистивные 1,4,7, пьезоэлектрические 2,6, емкостные 2,3,9,10,11,12,13 и трибоэлектрические 8 Датчики. Среди них емкостные датчики давления выделяются как один из наиболее перспективных методов тактильного зондирования из-за их высокой чувствительности, низкого предела обнаружения (LOD) и т. д.
Для лучшей производительности обнаружения различные микроструктуры, такие как микропирамиды 2,9,14, микростолбы 15 и микропоры9,10,11,12,13,16,17, были введены в гибкие емкостные датчики давления, а методы изготовления также были оптимизированы для дальнейшего улучшения зондирования Производительность таких конструкций. Однако для большинства этих конструкций требуются сложные микропроизводственные мощности, что значительно увеличивает производственные затраты и эксплуатационные трудности. Например, как наиболее часто используемая микроструктура в датчиках мягкого давления, микропирамиды полагаются на литографически определенные и мокрые травленые кремниевые пластины в качестве формовочного шаблона, что требует прецизионного оборудования и строгой среды в чистых помещениях 9,14. Таким образом, микропористые структуры (пористые структуры), которые могут быть изготовлены с помощью простых производственных процессов и из недорогого сырья при сохранении высоких характеристик срабатывания, в последнее время привлекают все большее внимание 9,10,11,12,13,16,17 . Это будет обсуждаться, наряду с недостатками изменения PFA и его размера, в качестве мотивации для использования нашего метода контроля фракций.
В данной работе предлагается простой и недорогой метод, основанный на методе испарения растворителя, для изготовления пористого гибкого емкостного датчика давления с контролируемой пористостью. Полный производственный процесс включает в себя изготовление пористого диэлектрического слоя PDMS, скребковое покрытие электродов и склеивание трех функциональных слоев. В частности, в этой работе инновационно используется смешанный раствор ПДМС/толуол с определенным соотношением масс для изготовления пористого диэлектрического слоя ПДМС на основе шаблона смеси сахар/эритрит. Между тем, однородный размер частиц PFA обеспечивает равномерную морфологию и распределение пор; таким образом, пористость можно контролировать, изменяя массовое соотношение PDMS/толуол. Результаты экспериментов показывают, что чувствительность предлагаемого датчика давления может быть повышена более чем в два раза за счет увеличения массового отношения ПДМС/толуол с 1:8 до 1:1. Изменение толщины стенки микропор из-за различных соотношений массы ПДМС и толуола также подтверждается изображениями оптического микроскопа. Оптимизированный мягкий емкостный датчик давления демонстрирует высокую чувствительность с чувствительностью и временем отклика 3,47% кПа-1 и 0,2 с соответственно. Этот метод обеспечивает быстрое, недорогое и простое в эксплуатации изготовление пористого диэлектрического слоя с контролируемой пористостью.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Изготовление мягкого емкостного датчика давления с пористым диэлектрическим слоем PDMS
- Изготовление пористого диэлектрического слоя PDMS
- Подготовьте пористый шаблон из сахара/эритрита, выполнив следующие действия.
- Отфильтруйте сахар с помощью сит для образцов с отверстиями 270 мкм и 500 мкм. Выбирайте сахар с диаметром частиц в диапазоне 270-500 мкм.
ПРИМЕЧАНИЕ: Больший или меньший размер частиц сахара также приемлем, если однородность находится в пределах допуска. Диаметр частицы сахара будет влиять на размер пор пористого слоя PDMS, изготовленного на более позднем этапе, но не будет полностью определять размер пор. - Эритрит (см. Таблицу материалов) измельчить в порошок, чтобы обеспечить более равномерное перемешивание с сахаром.
- Взвесьте определенное количество фильтрованного сахара и порошка эритрита с соотношением масс 20:1. Встряхните, чтобы они равномерно перемешались.
- Залейте смесь сахара и эритрита в коммерчески полученную металлическую форму из сахара и эритрита (см. Таблицу материалов). Прижмите поверхность, чтобы наполнитель стал компактным.
ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы обеспечить легкое извлечение из формы на следующем этапе, слой алюминиевой фольги может быть помещен в форму перед сахаром / эритритом. - Нагрейте форму со смесью сахара и эритрита в конвекционной печи при 135 ° C в течение 2 часов, как показано на рисунке 1A. После охлаждения при комнатной температуре выньте кусок сахара (т.е. пористый шаблон).
- Отфильтруйте сахар с помощью сит для образцов с отверстиями 270 мкм и 500 мкм. Выбирайте сахар с диаметром частиц в диапазоне 270-500 мкм.
- Изготовьте диэлектрический слой PDMS с регулируемой пористостью.
- Взвесьте 5 г толуола, 5 г основания ПДМС и 0,5 г отвердителя ПДМС (см. Таблицу материалов) в центрифужной пробирке (т.е. массовое соотношение основание/толуол/отвердитель составляет 10:10:1). Равномерно перемешайте раствор.
ПРИМЕЧАНИЕ: Массовое отношение основного раствора ПДМС к отвердителю зафиксировано на уровне 10:1, в то время как массовое отношение ПДМС к толуолу используется для контроля пористости диэлектрического слоя ПДМС. Пористость уменьшается при увеличении фракции ПДМС. Минимальная пористость получается при отсутствии добавления толуола. - Центрифугируйте раствор при 875 x g в течение 30 с при комнатной температуре, чтобы удалить пузырьки воздуха.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если объем раствора большой, раствор можно приготовить в стакане. Центробежная обработка заменяется вакуумной дегазацией в течение 15 мин. - Поместите квадратный пористый шаблон сахар/эритрит, полученный на шаге 1.1.1, в чашку Петри. Вставьте двусторонний скотч в качестве прокладок под четыре угла, чтобы поднять шаблон с поверхности чашки Петри.
ПРИМЕЧАНИЕ: Шаблон также может быть размещен на пластине кремния, но этот метод приведет к образованию более толстого слоя PDMS на границе раздела между шаблоном и пластиной кремния, что может повлиять на производительность датчика. - Налейте раствор PDMS/толуола на шаблон и слегка наклоните чашку Петри, чтобы раствор мог полностью заполнить все зазоры между частицами сахара, как показано на рисунке 1B.
- Поместите чашку Петри с пористым шаблоном, заполненным раствором PDMS/толуола, в вакуумный эксикатор и дегазируйте в течение 20 минут.
- Перенесите чашку Петри из вакуумного эксикатора в печь при температуре 90 °C на 45 минут для испарения толуола и отверждения жидкого PDMS.
- Погрузите отвержденный PDMS, встроенный в пористый шаблон, в деионизированную воду (деионизированную воду), как показано на рисунке 1C. Нагрейте на горячей плите при температуре 140 °C, пока сахарный шаблон полностью не растворится. Очистите пористую PDMS деионной водой.
- Взвесьте 5 г толуола, 5 г основания ПДМС и 0,5 г отвердителя ПДМС (см. Таблицу материалов) в центрифужной пробирке (т.е. массовое соотношение основание/толуол/отвердитель составляет 10:10:1). Равномерно перемешайте раствор.
- Подготовьте пористый шаблон из сахара/эритрита, выполнив следующие действия.
- Изготовление гибких электродных слоев на основе ECPC
- Синтезируйте чернила ECPC.
- Взвесьте 0,16 г УНТ (диаметр: 10-20 нм, длина: 10-30 мкм, см. Таблицу материалов) и 4 г толуола в стакане и магнитно перемешивайте при 250 об/мин в течение 1,5 ч. Тем временем взвесьте 2 г основы PDMS и 2 г толуола в стакан и магнитно перемешивайте при 200 об/мин в течение 1 часа. Помешивая, накройте стакан герметизирующей пленкой, чтобы предотвратить испарение растворителя.
- Смешайте суспензию УНТ/толуола с раствором основы/толуола PDMS и накройте стакан герметизирующей пленкой. Магнитно перемешивайте при 250 об/мин в течение 2 часов.
- В смешанный раствор добавляют 0,2 г отвердителя PDMS. Магнитное перемешивание при 75 °C и 250 об/мин в течение 1 ч. Откройте стакан для испарения растворителя и концентрации суспензии при перемешивании, как показано на рисунке 1D, E.
ПРИМЕЧАНИЕ: Продолжительность перемешивания и нагрева регулируется. Вязкость смеси увеличивается со временем перемешивания, что облегчает последующую операцию скребкового покрытия. Однако продолжительность не должна быть слишком большой, чтобы предотвратить отверждение раствора PDMS. Когда смесь концентрируется до вязкости, удобной для скребкового покрытия, процесс синтеза чернил ECPC завершается.
- Соскребите электроды, выполнив следующие действия.
- Взвесьте толуол, основание PDMS и отвердитель PDMS в центрифужной пробирке с массовым соотношением 2:10:1. Равномерно перемешайте раствор.
- Центрифугируйте раствор при 875 x g в течение 30 с при комнатной температуре, чтобы удалить пузырьки воздуха.
- Налейте 1,3 г раствора PDMS/толуола в коммерчески полученную металлическую форму для электродов (см. Таблицу материалов) с рельефным рисунком электрода, как показано на рисунке 1F.
ПРИМЕЧАНИЕ: Рельефный узор в нижней части формы имеет толщину 0,2 мм. - Поместите форму в вакуумный эксикатор и дегазируйте в течение 10 минут.
- Отверждайте PDMS в пресс-форме на горячей плите при 90 °C в течение 15 минут. Снимите пленку PDMS с рисунком после охлаждения при комнатной температуре.
- Прикрепите плоскую сторону пленки PDMS к пластине кремния (т. е. обнажьте сторону с рисунком электрода). Убедитесь, что между пленкой PDMS и пластиной Si нет пузырьков воздуха.
- Соскоблите чернила ECPC, приготовленные на шаге 1.2.1, в рисунок электрода, как показано на рисунке 1G . Очистите излишки чернил салфеткой, смоченной в изопропиловом спирте (IPA), без пыли.
- Отверждайте чернила ECPCs на горячей плите при 90 °C в течение 15 минут.
- Повторите шаги 1.2.2.3-1.2.2.8 для изготовления верхнего и нижнего слоев электродов.
- Синтезируйте чернила ECPC.
- Склеивание и упаковка мягких емкостных датчиков
- Прикрепите металлическую проволоку (см. Таблицу материалов) к электроду. Капните серебряную проводящую краску (см. Таблицу материалов) в месте соединения, чтобы обеспечить хорошую проводимость, как показано на рисунке 1H. Дождитесь, пока серебряная токопроводящая краска высохнет при комнатной температуре.
- Капните жидкий раствор PDMS, приготовленный на шаге 1.2.2.1, на соединение, чтобы полностью герметизировать высохшую серебряную проводящую краску. Отверждайте PDMS на горячей плите при 90 °C в течение 15 минут.
- Повторите шаги 1.3.1-1.3.2, чтобы соединить провод как для верхнего, так и для нижнего слоев электродов.
- Равномерно нанесите тонкий слой жидкого PDMS, приготовленного на этапе 1.2.2.1, на пленку электрода в качестве адгезионного слоя для сцепления между слоем электрода и слоем диэлектрика.
- Поместите пористый диэлектрический слой PDMS, изготовленный на шаге 1.1.2, на слой электрода.
- Отверждайте клей PDMS на горячей плите при 95 °C в течение 10 минут. Поместите стеклянную чашку Петри на пористый PDMS, чтобы обеспечить хороший контакт между двумя слоями во время нагрева.
- Повторите шаг 1.3.4 для другого слоя электрода. Обратный слой электрод-диэлектрик, полученный на шаге 1.3.6, и помещают его на другой слой одиночного электрода (т.е. чтобы пористый слой PDMS находился в непосредственном контакте со слоем электрода). Убедитесь, что два электрода строго выровнены друг против друга.
- Повторите шаг 1.3.6, чтобы завершить склеивание между пористым слоем PDMS и другим слоем электрода.
ПРИМЕЧАНИЕ: Иллюстрация конечного датчика показана на рисунке 1I. Иллюстрации конструкции и материалов датчика показаны на рисунке 1J.
2. Экспериментальный процесс определения характеристик характеристик датчиков
- Пошаговая настройка нагрузки под давлением и система сбора данных
- Используйте напечатанный на 3D-принтере индентор с зоной нагружения, представляющей собой круг диаметром 2,5 см, для нагрузки под давлением (см. Таблицу материалов) тестируемого датчика.
- Закрепите индентор на вертикальной линейной движущейся ступени, управляемой шаговым двигателем (см. Таблицу материалов) с помощью стандартного датчика тягового давления.
- Измерьте емкость мягкого емкостного датчика давления с помощью измерителя LCR при записи стандартных данных о давлении с помощью устройства сбора данных (DAQ). Подключите измеритель LCR и систему сбора данных к компьютеру, на котором запущена программа регистрации данных LabVIEW (см. Таблицу материалов).
ПРИМЕЧАНИЕ: Иллюстрации экспериментальной установки показаны на рисунке 2. Между индентором и стандартным датчиком тягового давления применяется пружина, которая преобразует вертикальное смещение линейной движущейся ступени в давление нагрузки.
- Тестирование производительности датчиков
- Управляйте шаговым двигателем, чтобы заставить индентор двигаться вниз по вертикали на запрограммированное расстояние. Запишите данные о емкости и стандартном давлении, увеличивая силу нагрузки с тем же интервалом в каждом последовательном цикле нагрузки, пока давление нагрузки не достигнет 40 Н (~ 80 кПа).
- Управляйте шаговым двигателем, чтобы заставить индентор двигаться вверх по вертикали на то же расстояние, что и на последнем шаге. Запишите данные о емкости и стандартном давлении после стабилизации индентора. Повторите операцию, уменьшая усилие нагрузки с тем же интервалом; в каждом последующем цикле загрузки давление загрузки падает до 0 Н.
- Управляйте шаговым двигателем, чтобы заставить индентор двигаться вниз по вертикали на запрограммированное расстояние. Запишите данные о емкости и стандартном давлении. Повторите испытания на нагрузку и разгрузку в течение 2 500 циклов, записывая емкость тестируемого устройства (ИУ) в зависимости от стандартного показания давления.
- Управляйте индентором, чтобы он быстро нажимал и оставался неподвижным в течение нескольких секунд, прежде чем вернуться к нагрузке 0 Н. Повторите это пять раз и запишите емкость как функцию времени.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Фотография пористого шаблона из кускового сахара/эритрита показана на рисунке 3А. На рисунке 3B показан гибкий электродный слой с рисунком ECPC, покрытым царапинами. На рисунке 3С показан мягкий емкостный датчик давления с пористым диэлектрическим слоем, изготовленный с помощью предложенного способа. Четыре пористых диэлектрических слоя ПДМС были изготовлены на основе растворов ПДМС/толуола с различными соотношениями масс 1:1, 3:1, 5:1 и 8:1 соответственно. Изображения с оптического микроскопа, показывающие морфологию пор различных структур, представлены на рисунке 3D. Установлено, что толщина стенки пор увеличивается с увеличением массового соотношения раствора ПДМС/толуола.
Для проверки зависимости механических свойств от пористости был проведен анализ методом конечных элементов (МКЭ) для моделирования давления, развиваемого в пористом диэлектрическом слое PDMS в зависимости от деформации сжатия, с использованием передового программного обеспечения для численного моделирования (см. Таблицу материалов). Создана 3D-модель пористой ПДМС с открытыми порами, длиной 2 мм по оси z. Расположение пор фиксировалось, при этом диаметры изменялись для получения разной пористости. На оси z применялось возрастающее давление, в то время как на осях X и Y применялись периодические и симметричные граничные условия. Результат моделирования на рисунке 4A показывает, что более высокая пористость способствовала увеличению деформации сжатия с улучшенной линейностью при том же приложенном давлении сжатия. На рисунке 4B,C показана кривая отклика емкости-давления датчиков с пористыми диэлектрическими слоями PDMS с различными массовыми соотношениями PDMS/толуол. В диапазоне нагрузки под давлением 0-10 кПа датчик с массовым отношением ПДМС/толуол 1:1 показал самую высокую чувствительность 3,47% кПа-1, что более чем в два раза выше, чем у датчика с массовым отношением ПДМС/толуол 8:1 (1,48% кПа-1). По мере увеличения давления поры в диэлектрическом слое постепенно уменьшались в размерах, что приводило к снижению чувствительности до тех пор, пока она не достигла того же уровня 0,66%-0,89% кПа-1 для всех пористостей, как показано на рисунке 4C. На рисунке 4D показана емкостная реакция пяти последовательных испытаний на нагрузку-разгрузку при одном и том же давлении нагрузки приблизительно 10 кПа. Время отклика нагрузки (т.е. время, необходимое для того, чтобы емкость датчика достигла 90% от его установившегося значения) было определено примерно как 0,2 с, как показано на рисунке 4E. Кроме того, как показано на рисунке 4F, циклические испытания также показали, что изготовленный по изготовлению мягкий емкостный датчик обладает превосходной повторяемостью после 2 500 циклов.
Рисунок 1: Схема процесса изготовления. (А-С) Поток изготовления пористого диэлектрического слоя PDMS. (Д,Е) Приготовление чернил ECPCs. (Ф,Г) Процесс скребкового покрытия электродного слоя. (Х,И) Процесс соединения проводов и склеивания мягкого емкостного датчика давления с электродно-пористой диэлектрической слоем-электродной сэндвич-структурой. j) Иллюстрации конструкции и материалов датчика. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Экспериментальная установка . (A) Установка шаговой нагрузки под давлением. (B) Система сбора данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Сенсорные структуры . (А) Фотография шаблона сахар/эритрит. (B) Гибкий электродный слой с рисунком ECPC с покрытием. (C) Фотография мягкого емкостного датчика давления с пористым диэлектрическим слоем. (D) Оптические микроскопические изображения пористых диэлектрических слоев PDMS, изготовленных с различным соотношением масс PDMS/толуол (основание PDMS: толуол = 1:1, 3:1, 5:1 и 8:1). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Результат моделирования и определения характеристик. А) Смоделированная кривая напряжений-деформаций пористых слоев ПДМС с различной пористостью при нагрузках при низком давлении. (В,В) Кривая давления емкостных датчиков давления, изготовленных из растворов ПДМС/толуола с различными массовыми соотношениями (основание ПДМС: толуол = 1:1, 3:1, 5:1 и 8:1). (Д,Е) Динамический отклик датчика (основание PDMS: толуол = 1:1). F) результаты испытания на стабильность пористого емкостного датчика давления (2 500 циклов нагрузки). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
В этой работе предлагается простой метод, основанный на испарении растворителя для контроля пористости, и ряд экспериментальных результатов доказал его осуществимость. Несмотря на то, что пористая структура широко используется в гибком емкостном датчике давления, контроль пористости все еще нуждается в дальнейшей оптимизации. В отличие от существующих методов изменения размера частиц ПФА 11,12,13,18,19 и соотношения полимерной подложки к ПФА 17,20, мы изменяем концентрацию раствора полимерной подложки при сохранении однородности размера ПФА (т.е. сахара). В результате толщина стенки пор изменяется при сохранении распределения пор, что означает, что пористость можно контролировать концентрацией раствора.
Наиболее важным этапом контроля пористости является приготовление раствора PDMS/толуола. Массовые соотношения раствора ПДМС/толуола были выбраны как 1:1, 3:1, 5:1 и 8:1 соответственно для получения диэлектрических слоев с различной пористостью. Экспериментально подтверждено, что уменьшение массовой доли приводило к повышению пористости и чувствительности в диапазоне низких давлений.
Нагревание смеси сахара и эритрита для изготовления пористого шаблона также является важным инновационным шагом. В отличие от существующих методов нагрева чистого сахара21,22, добавленияводы 23 и приложениядавления 24, разница температур плавления этих двух компонентов PFA была использована для изготовления пористого шаблона. В этом протоколе температура нагрева выше, чем температура плавления эритрита, и ниже, чем температура плавления сахара. Таким образом, порошок эритрита постепенно плавится в процессе нагревания и связывает твердые частицы сахара в пластинчатый кусок сахара. Также было обнаружено, что массовое соотношение сахара и эритрита имеет важное значение для успеха этого шага. Более высокая фракция эритрита заполнит пробел между частицами сахара, в то время как меньшая фракция приведет к нарушению связи.
Однако в устройстве, изготовленном с помощью этого метода, существуют некоторые ограничения. По мере увеличения давления нагрузки поры в диэлектрическом слое постепенно закрываются, и стенки пор вступают в контакт друг с другом, что приводит к более твердым механическим свойствам, подобным PDMS. Это явление объясняет независимость чувствительности от пористости, которая была обнаружена в более высоком диапазоне давления выше 40 кПа для нашего датчика. Также стоит отметить, что датчик, изготовленный с массовым отношением основание PDMS к толуолу 8:1, показал значительно более высокую чувствительность 3,78% кПа-1 по сравнению с другими датчиками ниже 5 кПа, что может быть связано с сочетанием механических и электрических свойств, индуцированных пористой структурой.
Предложенное в данной работе исследование позволяет получить недорогой и простой в эксплуатации способ изготовления пористых емкостных датчиков давления с настраиваемыми параметрами датчиков, который имеет широкие перспективы применения в мягкой робототехнике, тактильных интерфейсах и т.д. В будущем на основе этого метода могут быть проведены дальнейшие исследования полностью интегрированных бионических мягких роботизированных захватов с мягкими сенсорными механорецепторами настраиваемых параметров датчиков.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам раскрывать нечего.
Acknowledgments
Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая в рамках гранта 62273304.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D printer | Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd | X-MAX | |
| 3D printing metarials | Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd | 3D Printing Filament PLA 1.75 mm | |
| Carbon nanotubes (CNTs) | XFNANO | XFM13 | |
| Data acquisition (DAQ) | National Instruments | USB6002 | |
| Double side tape | Minnesota Mining and Manufacturing (3M) | 3M VHB 4910 | 1 mm thick |
| Electrode metal mold | Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd | This metal mold is a round metal plate with a flat bottom round groove and an embossed electrode pattern of 0.2 mm thick in the middle of the groove. | |
| Erythritol | Shandong Sanyuan Biotechnology Co.,Ltd. | ||
| Isopropyl Alcohol (IPA) | Sinopharm chemical reagent Co., Ltd | 80109218 | |
| LabVIEW | National Instruments | LabVIEW 2019 | |
| LCR meter | Keysight | EA4980AL | |
| Metal wire | Hangzhou Hongtong WIRE&CABLE Co., Ltd. | 2UEW/155 | |
| Microscope | Aosvi | T2-3M180 | |
| Numerical modeling software | COMSOL | COMSOL Multiphysics 5.6 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Chemical Company | SYLGAR 184 Silicone Elastomer Kit | Two parts (base and curing agent) |
| Sealing film | Corning | PM-996 | parafilm |
| Si wafer | Suzhou Crystal Silicon Electronic & Technology Co.,Ltd | ZK20220416-03 | Diameter (mm): 50.8 +/- 0.3 Type/Orientation: P/100 Thickness (µm): 525 +/- 25 |
| Silver conductive paint | Electron Microscopy Sciences | 12686-15 | |
| Stepping motor | BEIJING HAI JIE JIA CHUANG Technology Co., Ltd | 57H B56L4-30DB | |
| Sugar/erythritol template metal mold | Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd | This metal mold is a 5 mm thick square metal plate with a flat bottom square groove of 2.5 mm deep. | |
| Toluene | Sinopharm chemical reagent Co., Ltd | 10022819 |
References
- Ozioko, O., et al. SensAct: The soft and squishy tactile Sensor with integrated flexible actuator. Advanced Intelligent Systems. 3 (3), 1900145 (2021).
- Qiu, Y., et al. A biomimetic drosera capensis with adaptive decision-predation behavior based on multifunctional sensing and fast actuating capability. Advanced Functional Materials. 32 (13), 2110296 (2021).
- Ntagios, M., Nassar, H., Pullanchiyodan, A., Navaraj, W. T., Dahiya, R. Robotic hands with intrinsic tactile sensing via 3D printed soft pressure sensors. Advanced Intelligent Systems. 2 (6), 1900080 (2019).
- Tang, Z., Jia, S., Zhou, C., Li, B. 3D Printing of highly sensitive and large-measurement-range flexible pressure sensors with a positive piezoresistive effect. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (25), 28669-28680 (2020).
- Dai, Y., Chen, J., Tian, W., Xu, L., Gao, S. A PVDF/Au/PEN multifunctional flexible human-machine interface for multidimensional sensing and energy harvesting for the internet of things. IEEE Sensors Journal. 20 (14), 7556-7568 (2020).
- Yang, Y., et al. Flexible piezoelectric pressure sensor based on polydopamine-modified BaTiO3/PVDF composite film for human motion monitoring. Sensors and Actuators A: Physical. 301, 111789 (2020).
- Gao, Y. J., et al. Wearable microfluidic diaphragm pressure sensor for health and tactile touch monitoring. Advanced Materials. 29 (39), 1701985 (2017).
- Meng, K., et al. Flexible weaving constructed self-powered pressure sensor enabling continuous diagnosis of cardiovascular disease and measurement of cuffless blood pressure. Advanced Functional Materials. 29 (5), 180688 (2019).
- Yang, J. C., et al. Microstructured porous pyramid-based ultrahigh sensitive pressure sensor insensitive to strain and temperature. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (21), 19472-19480 (2019).
- Chen, S., Zhuo, B., Guo, X. Large area one-step facile processing of microstructured elastomeric dielectric film for high sensitivity and durable sensing over wide pressure range. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (31), 20364-20370 (2016).
- Ding, H., et al. Influence of the pore size on the sensitivity of flexible and wearable pressure sensors based on porous Ecoflex dielectric layers. Materials Research Express. 6 (6), 066304 (2019).
- Yoon, J. I., Choi, K. S., Chang, S. P. A novel means of fabricating microporous structures for the dielectric layers of capacitive pressure sensor. Microelectronic Engineering. 179, 60-66 (2017).
- Wang, J., Li, L., Zhang, L., Zhang, P., Pu, X. Flexible capacitive pressure sensors with micro-patterned porous dielectric layer for wearable electronics. Journal of Micromechanics and Microengineering. 32 (3), 034003 (2022).
- Mannsfeld, S. C. B., et al. Highly sensitive flexible pressure sensors with microstructured rubber dielectric layers. Nature Materials. 9 (10), 859-864 (2010).
- Wan, Y., et al. A highly sensitive flexible capacitive tactile sensor with sparse and high-aspect-ratio microstructures. Advanced Electronic Materials. 4 (4), 1700586 (2018).
- Kwon, D., et al. Highly sensitive, flexible, and wearable pressure sensor based on a giant piezocapacitive effect of three-dimensional microporous elastomeric dielectric layer. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (26), 16922-16931 (2016).
- Li, W., et al. A porous and air gap elastomeric dielectric layer for wearable capacitive pressure sensor with high sensitivity and a wide detection range. Journal of Materials Chemistry C. 8 (33), 11468-11476 (2020).
- Kim, J. O., et al. Highly ordered 3D microstructure-based electronic skin capable of differentiating pressure, temperature, and proximity. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (1), 1503-1511 (2019).
- Lo, L. W., et al. A soft sponge sensor for multimodal sensing and distinguishing of pressure, strain, and temperature. ACS Applied Materials & Interfaces. 14 (7), 9570-9578 (2022).
- Hwang, J., Kim, Y., Yang, H., Oh, J. H. Fabrication of hierarchically porous structured PDMS composites and their application as a flexible capacitive pressure sensor. Composites Part B: Engineering. 211, 108607 (2021).
- Jung, Y., et al. Linearly sensitive pressure sensor based on a porous multistacked composite structure with controlled mechanical and electrical properties. ACS Applied Materials & Interfaces. 13 (24), 28975-28984 (2021).
- Choi, J., et al. Synergetic effect of porous elastomer and percolation of carbon nanotube filler toward high performance capacitive pressure sensors. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (1), 1698-1706 (2020).
- Choi, S. J., et al. A polydimethylsiloxane (PDMS) sponge for the selective absorption of oil from water. ACS Applied Materials & Interfaces. 3 (12), 4552-4556 (2011).
- Rinaldi, A., Tamburrano, A., Fortunato, M., Sarto, M. S. A flexible and highly sensitive pressure sensor based on a PDMS foam coated with graphene nanoplatelets. Sensors. 16 (12), 2148 (2016).
