Summary
En enkel och kostnadseffektiv tillverkningsmetod baserad på lösningsmedelsindunstningstekniken presenteras för att optimera prestandan hos en mjuk kapacitiv trycksensor, som möjliggörs av porositetskontroll i det dielektriska skiktet med olika massförhållanden för gjutnings-PDMS / toluenlösningen.
Abstract
Mjuka trycksensorer spelar en viktig roll för att utveckla "man-maskin" taktil känsla i mjuk robotik och haptiska gränssnitt. Specifikt har kapacitiva sensorer med mikrostrukturerade polymermatriser utforskats med stor ansträngning på grund av deras höga känslighet, breda linjäritetsområde och snabba svarstid. Förbättringen av avkänningsprestandan är emellertid ofta beroende av det dielektriska skiktets strukturella design, vilket kräver sofistikerade mikrofabrikationsanläggningar. Denna artikel rapporterar en enkel och billig metod för att tillverka porösa kapacitiva trycksensorer med förbättrad känslighet med hjälp av lösningsmedelsindunstningsbaserad metod för att ställa in porositeten. Sensorn består av ett poröst polydimetylsiloxan (PDMS) dielektriskt skikt bundet med topp- och bottenelektroder tillverkade av elastiska ledande polymerkompositer (ECPC). Elektroderna framställdes genom skrapbeläggning av kolnanorör (CNT)-dopad PDMS ledande uppslamning till formmönstrade PDMS-filmer. För att optimera porositeten hos det dielektriska skiktet för förbättrad avkänningsprestanda späddes PDMS-lösningen med toluen med olika massfraktioner istället för att filtrera eller mala det sockerporbildande medlet (PFA) i olika storlekar. Avdunstningen av toluenlösningsmedlet möjliggjorde snabb tillverkning av ett poröst dielektriskt skikt med kontrollerbara porositeter. Det bekräftades att känsligheten kunde förbättras mer tvåfaldigt när förhållandet toluen till PDMS ökades från 1:8 till 1:1. Forskningen som föreslås i detta arbete möjliggör en billig metod för att tillverka helt integrerade bioniska mjuka robotgripdon med mjuka sensoriska mekanoreceptorer av avstämbara sensorparametrar.
Introduction
Under de senaste åren har flexibla trycksensorer uppmärksammats på grund av deras oumbärliga tillämpning i mjuk robotik 1,2,3, "man-maskin" haptiska gränssnitt4,5 och hälsoövervakning 6,7,8. I allmänhet inkluderar mekanismerna för tryckavkänning piezoresistiv 1,4,7, piezoelektrisk 2,6, kapacitiv 2,3,9,10,11,12,13 och triboelektrisk 8 Sensorer. Bland dem sticker kapacitiva trycksensorer ut som en av de mest lovande metoderna inom taktil avkänning på grund av deras höga känslighet, låga detektionsgräns (LOD) etc.
För bättre avkänningsprestanda har olika mikrostrukturer såsom mikropyramider 2,9,14, mikropelare 15 och mikroporer9,10,11,12,13,16,17 introducerats till flexibla kapacitiva trycksensorer, och tillverkningsmetoderna har också optimerats för att ytterligare förbättra avkänningen prestanda av sådana strukturer. De flesta av dessa strukturer kräver dock sofistikerade mikrofabrikationsanläggningar, vilket avsevärt ökar tillverkningskostnaderna och driftssvårigheterna. Till exempel, som den vanligaste mikrostrukturen i mjuktryckssensorer, förlitar sig mikropyramider på litografiskt definierade och våtetsade Si-skivor som gjutmall, vilket kräver precisionsutrustning och en strikt renrumsmiljö 9,14. Därför har mikroporstrukturer (porösa strukturer) som kan tillverkas genom enkla tillverkningsprocesser och med billiga råvaror samtidigt som höga avkänningsprestanda bibehålls uppmärksammats ökat nyligen 9,10,11,12,13,16,17 . Detta kommer att diskuteras, tillsammans med nackdelarna med att ändra PFA och dess mängd, som motivation för att använda vår fraktionskontrollmetod.
Häri föreslår detta arbete en enkel och billig metod baserad på lösningsmedelsindunstningstekniken för att tillverka en porös flexibel kapacitiv trycksensor med kontrollerbar porositet. Den kompletta tillverkningsprocessen inkluderar tillverkning av det porösa PDMS-dielektriska skiktet, skrapbeläggningen av elektroderna och bindningen av tre funktionella skikt. Specifikt använder detta arbete innovativt en PDMS / toluenblandad lösning med ett visst massförhållande för att tillverka det porösa PDMS-dielektriska skiktet baserat på socker/erytritolblandningsmallen. Samtidigt säkerställer en enhetlig PFA-partikelstorlek enhetlig pormorfologi och fördelning; Således kan porositeten kontrolleras genom att ändra PDMS / toluenmassförhållandet. De experimentella resultaten visar att känsligheten hos den föreslagna trycksensorn kan förbättras mer än dubbelt genom att öka PDMS / toluenmassförhållandet från 1: 8 till 1: 1. Variationen i mikroporväggens tjocklek på grund av olika PDMS / toluenmassförhållanden bekräftas också av optiska mikroskopbilder. Den optimerade mjuka kapacitiva trycksensorn visar en hög avkänningsprestanda med en känslighet och responstid på 3,47% kPa−1 respektive 0,2 s. Denna metod uppnår snabb, billig och lättmanövrerad tillverkning av ett poröst dielektriskt skikt med kontrollerbar porositet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Tillverkning av den mjuka kapacitiva tryckgivaren med ett poröst PDMS dielektriskt skikt
- Tillverkning av det porösa PDMS dielektriska skiktet
- Förbered den porösa mallen för socker/erytritol enligt stegen nedan.
- Filtrera sockret med provsiktar med slitsbredd 270 μm och 500 μm. Välj socker med en partikeldiameter i intervallet 270-500 μm.
OBS: En större eller mindre sockerpartikelstorlek är också acceptabel så länge enhetligheten ligger inom toleransgränserna. Sockerpartikelns diameter kommer att påverka porstorleken på det porösa PDMS-skiktet som tillverkas i ett senare steg men bestämmer inte porstorleken helt. - Mal erytritol (se materialförteckning) till pulver för att säkerställa en mer enhetlig blandning med sockret.
- Väg upp en viss mängd filtrerat socker och erytritolpulver med ett massförhållande på 20:1. Skaka för att blanda dem jämnt.
- Fyll socker/erytritolblandningen i en kommersiellt erhållen socker/erytritolmetallform (se materialförteckning). Tryck på ytan för att göra fyllmedlet kompakt.
OBS: För att säkerställa enkel avformning i nästa steg kan ett lager Al-folie placeras i formen före sockret / erytritolen. - Värm formen med socker/erytritolblandningen i en varmluftsugn vid 135 °C i 2 timmar enligt figur 1A. Efter kylning vid rumstemperatur, ta ut klumpplattans socker (dvs. den porösa mallen).
- Filtrera sockret med provsiktar med slitsbredd 270 μm och 500 μm. Välj socker med en partikeldiameter i intervallet 270-500 μm.
- Tillverka det porositetskontrollerbara PDMS dielektriska skiktet.
- Väg upp 5 g toluen, 5 g PDMS-bas och 0,5 g PDMS-härdningsmedel (se materialtabell) i ett centrifugrör (dvs. massförhållandet mellan PDMS-bas/toluen/härdningsmedel är 10:10:1). Rör om lösningen jämnt.
Massförhållandet mellan PDMS-baslösning och härdningsmedel fixeras vid 10: 1, medan massförhållandet mellan PDMS och toluen används för att kontrollera porositeten hos PDMS-dielektriskt skikt. Porositeten minskar vid ökning av PDMS-fraktionen. Minsta porositet erhålls när ingen toluen tillsätts. - Centrifugera lösningen vid 875 x g i 30 s vid rumstemperatur för att avlägsna luftbubblor.
OBS: Om lösningsvolymen är stor kan lösningen beredas i en bägare. Centrifugalbehandlingen ersätts med vakuumavgasning i 15 minuter. - Placera den porösa porösa mallen för fyrkantigt socker/erytritol som erhållits i steg 1.1.1 i en petriskål. Sätt in dubbelhäftande tejp som distanser under de fyra hörnen för att lyfta mallen från petriskålens yta.
OBS: Mallen kan också placeras på en Si-skiva, men den här metoden leder till ett tjockare lager av PDMS på gränssnittet mellan mallen och Si-skivan, vilket kan påverka sensorns prestanda. - Häll PDMS/toluenlösningen på mallen och luta petriskålen något så att lösningen helt kan fylla alla luckor bland sockerpartiklarna, såsom visas i figur 1B.
- Placera petriskålen med PDMS / toluenlösningsfylld porös mall i en vakuumexsickator och avgasa i 20 minuter.
- Överför petriskålen från vakuumexsickatorn till ugnen vid 90 °C i 45 minuter för att avdunsta toluenen och härda vätskans PDMS.
- Sänk ned det härdade PDMS som är inbäddat i den porösa mallen i avjoniserat vatten (DI-vatten), såsom visas i figur 1C. Värm på en värmeplatta vid 140 °C tills sockermallen är helt upplöst. Rengör det porösa PDMS med DI-vatten.
- Väg upp 5 g toluen, 5 g PDMS-bas och 0,5 g PDMS-härdningsmedel (se materialtabell) i ett centrifugrör (dvs. massförhållandet mellan PDMS-bas/toluen/härdningsmedel är 10:10:1). Rör om lösningen jämnt.
- Förbered den porösa mallen för socker/erytritol enligt stegen nedan.
- Tillverkning av de flexibla elektrodskikten baserade på ECPC
- Syntetisera ECPC: s bläck.
- Väg upp 0,16 g CNT (diameter: 10-20 nm, längd: 10-30 μm, se materialtabell) och 4 g toluen i en bägare och rör magnetiskt vid 250 rpm i 1,5 timmar. Väg under tiden 2 g PDMS-bas och 2 g toluen i en bägare och rör om magnetiskt vid 200 rpm i 1 timme. Täck bägaren med tätningsfilm under omrörning för att förhindra avdunstning av lösningsmedel.
- Blanda CNT/toluensuspensionen med PDMS-basen/toluenlösningen och täck bägaren med en förseglingsfilm. Rör om magnetiskt vid 250 rpm i 2 timmar.
- Tillsätt 0,2 g PDMS-härdningsmedel i den blandade lösningen. Rör om magnetiskt vid 75 °C och 250 rpm i 1 timme. Avtäck bägaren för lösningsmedelsindunstning och suspensionskoncentration under omrörning, såsom visas i figur 1D, E.
OBS: Varaktigheten av omrörning och uppvärmning är justerbar. Viskositeten hos blandningen ökar med omrörningstiden, vilket underlättar följande skrapbeläggningsoperation. Varaktigheten bör dock inte vara för lång för att förhindra att PDMS-lösningen härdar. När blandningen koncentreras till en viskositet som är lämplig för skrapbeläggning avslutas ECPC: s bläcksyntesprocess.
- Skrapbelägga elektroderna enligt stegen nedan.
- Väg toluen, PDMS-bas och PDMS-härdningsmedel i ett centrifugrör med ett massförhållande på 2:10:1. Rör om lösningen jämnt.
- Centrifugera lösningen vid 875 x g i 30 s vid rumstemperatur för att avlägsna luftbubblor.
- Häll 1,3 g PDMS/toluenlösning i en kommersiellt erhållen elektrodmetallform (se materialtabell) med ett präglat elektrodmönster, såsom visas i figur 1F.
OBS: Det präglade mönstret längst ner på formen är 0,2 mm tjockt. - Placera formen i en vakuumexsickator och avgasa i 10 minuter.
- Härda PDMS i formen på en värmeplatta vid 90 °C i 15 minuter. Dra av den mönstrade PDMS-filmen efter kylning vid rumstemperatur.
- Fäst den plana sidan av PDMS-filmen på en Si-skiva (dvs. exponera sidan med elektrodmönstret). Se till att det inte finns några luftbubblor mellan PDMS-filmen och Si-skivan.
- Skrapa in ECPC-bläcket som beretts i steg 1.2.1 i elektrodmönstret, som figur 1G visar. Rengör överflödigt bläck med en isopropylalkohol (IPA)-doppad dammfri servett.
- Härda ECPC-bläcket på en värmeplatta vid 90 °C i 15 minuter.
- Upprepa steg 1.2.2.3-1.2.2.8 för att tillverka både det övre och det nedre elektrodlagret.
- Syntetisera ECPC: s bläck.
- Limning och förpackning av de mjuka kapacitiva sensorerna
- Fäst metalltråden (se Materialförteckning) på elektroden. Släpp silverledande färg (se materialförteckning) på anslutningsplatsen för att säkerställa god ledningsförmåga, som visas i figur 1H. Vänta tills den silverledande färgen torkar vid rumstemperatur.
- Släpp den flytande PDMS-lösningen som beretts i steg 1.2.2.1 på anslutningen för att försegla den torkade silverledande färgen helt. Kurera PDMS på en värmeplatta vid 90 °C i 15 minuter.
- Upprepa steg 1.3.1-1.3.2 för att ansluta kabeln för både det övre och nedre elektrodlagret.
- Applicera ett tunt lager flytande PDMS som beretts i steg 1.2.2.1 jämnt på elektrodfilmen som ett vidhäftningsskikt för bindning mellan elektrodskiktet och det dielektriska skiktet.
- Placera det porösa PDMS-dielektriska skiktet tillverkat i steg 1.1.2 på elektrodskiktet.
- Kurera PDMS-limmet på en värmeplatta vid 95 °C i 10 minuter. Lägg en petriskål av glas på det porösa PDMS för att säkerställa god kontakt mellan de två skikten under uppvärmningen.
- Upprepa steg 1.3.4 för det andra elektrodskiktet. Vänd det bundna elektrod-dielektriska skiktet som erhölls i steg 1.3.6 och placera det på det andra enkelelektrodskiktet (dvs. för att få det porösa PDMS-skiktet i direkt kontakt med elektrodskiktet). Se till att de två elektroderna är strikt inriktade mot varandra.
- Upprepa steg 1.3.6 för att avsluta bindningen mellan det porösa PDMS-skiktet och det andra elektrodskiktet.
OBS: En illustration av den slutliga sensorn visas i figur 1I. Illustrationer av sensorns struktur och material visas i figur 1J.
2. Experimentell process för karakterisering av sensorprestanda
- Stegvis installation av tryckbelastning och datainsamlingssystem
- Använd en 3D-tryckt indenter med en lastyta som är en cirkel med en diameter på 2,5 cm för tryckbelastningen (se materialtabell) för sensorn som testas.
- Fäst indentern på ett vertikalt linjärt rörligt steg som styrs av en stegmotor (se materialtabell) genom en standard dragtryckssensor.
- Mät kapacitansen hos den mjuka kapacitiva tryckgivaren med en LCR-mätare medan du registrerar standardtryckdata med hjälp av en datainsamlingsenhet (DAQ). Anslut både LCR-mätaren och DAQ till en dator som kör LabVIEW-dataloggningsprogrammet (se Materialförteckning).
OBS: Illustrationer av experimentuppställningen visas i figur 2. En fjäder appliceras mellan indentern och standardtrycksensorn, som omvandlar den vertikala förskjutningen av det linjära rörliga steget till lasttryck.
- Testa avkänningsprestanda
- Styr stegmotorn för att driva indentern att röra sig vertikalt med ett programmerat avstånd. Registrera kapacitansen och standardtryckdata genom att öka belastningskraften med samma intervall i varje på varandra följande belastningscykel tills belastningstrycket når 40 N (~80 kPa).
- Styr stegmotorn för att driva indentern att röra sig vertikalt med samma avstånd som i det sista steget. Registrera kapacitansen och standardtryckdata efter att indentern har stabiliserats. Upprepa operationen genom att minska lastkraften med samma intervall; i varje på varandra följande belastningscykel sjunker belastningstrycket till 0 N.
- Styr stegmotorn för att driva indentern att röra sig vertikalt med ett programmerat avstånd. Registrera kapacitansen och standardtryckdata. Upprepa belastnings- och lossningstesterna i 2 500 cykler medan kapacitansen hos den anordning som provas (DUT) registreras som en funktion av standardtryckavläsningen.
- Kontrollera indentern för att trycka ner snabbt och förbli stabil i några sekunder innan du återgår till 0 N belastning. Upprepa detta fem gånger och registrera kapacitansen som en funktion av tiden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Fotografiet av den porösa mallen för klumpat socker/erytritol visas i figur 3A. Figur 3B visar det flexibla elektrodskiktet med ett skrapbelagt ECPC-mönster. Figur 3C visar den mjuka kapacitiva trycksensorn med ett poröst dielektriskt skikt tillverkat med den föreslagna metoden. Fyra porösa PDMS dielektriska skikt tillverkades baserat på PDMS / toluenlösningar med olika massförhållanden på 1: 1, 3: 1, 5: 1 respektive 8: 1. Optiska mikroskopbilder som visar pormorfologierna hos de olika strukturerna presenteras i figur 3D. Det visade sig att porväggens tjocklek ökade med ett ökande massförhållande för PDMS / toluenlösningen.
För att verifiera de mekaniska egenskapernas beroende av porositeten utfördes en finita elementanalys (FEA) för att simulera trycket som utvecklats i det porösa PDMS-dielektriska skiktet som en funktion av tryckstammen med hjälp av avancerad numerisk modelleringsprogramvara (se materialförteckning). En 3D-modell av det porösa PDMS med öppna porer skapades, med en längd på 2 mm på z-axeln. Placeringen av porerna fixerades, medan diametrarna ändrades för att erhålla olika porositeter. Ett ökande tryck applicerades i z-axeln, medan periodiska och symmetriska randvillkor applicerades i x-axeln och y-axeln. Simuleringsresultatet i figur 4A visar att en högre porositet bidrog till en större trycktöjning med förbättrad linjäritet under samma applicerade kompressionstryck. Figur 4B,C visar kapacitans-tryckresponskurvan för sensorerna med porösa PDMS-dielektriska skikt med olika PDMS/toluenmassförhållanden. I tryckbelastningsområdet 0-10 kPa uppvisade sensorn med ett 1: 1 PDMS / toluenmassförhållande den högsta känsligheten på 3,47% kPa−1, vilket var mer än dubbelt så högre än sensorn med 8: 1 PDMS / toluenmassförhållandet (1,48% kPa−1). När trycket ökade minskade porerna i det dielektriska skiktet gradvis i storlek, vilket ledde till en minskning av känsligheten tills den nådde samma nivå på 0,66% -0,89% kPa−1 för alla porositeter, som visas i figur 4C. Figur 4D visar den kapacitiva responsen vid fem på varandra följande belastnings- och lossningsprovningar under samma belastningstryck på ca 10 kPa. Svarstiden för belastning (dvs. den tid som krävs för sensorkapacitansen att nå 90% av sitt stationära värde) bestämdes till cirka 0,2 s, som visas i figur 4E. Dessutom, som visas i figur 4F, avslöjade de cykliska testerna också att den asfabricerade mjuka kapacitiva sensorn hade utmärkt repeterbarhet efter 2 500 cykler.
Figur 1: Skiss över tillverkningsprocessen. (A-C) Tillverkningsflödet för det porösa PDMS-dielektriska skiktet. (D,E) Beredningen av ECPC-bläcket. (F,G) Elektrodskiktets skrapbeläggningsprocess. (H,I) Trådanslutningen och bindningsprocessen för den mjuka kapacitiva trycksensorn med den elektrodporösa dielektriska skiktelektrodsandwichstrukturen. (J) Illustrationer av sensorns struktur och material. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: Experimentell installation . (A) Stegvis inställning av tryckbelastning. (B) System för datainsamling. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Sensorstrukturer . (A) Fotografi av socker/erytritolmallen. (B) Det flexibla elektrodskiktet med det skrapbelagda ECPC-mönstret. (C) Fotografi av den mjuka kapacitiva trycksensorn med det porösa dielektriska skiktet. (D) Optiska mikroskopbilder av de porösa PDMS-dielektriska skikten tillverkade med olika PDMS / toluenmassförhållanden (PDMS-bas: toluen = 1: 1, 3: 1, 5: 1 och 8: 1). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 4: Simulerings- och karakteriseringsresultat. (A) Simulerad spännings-töjningskurva för de porösa PDMS-skikten med olika porositeter under lågtrycksbelastningar. (B,C) Tryck-responskurva för kapacitiva tryckgivare tillverkade med PDMS/toluenlösningar med olika massförhållanden (PDMS-bas:toluen = 1:1, 3:1, 5:1 och 8:1). (D,E) Sensorns dynamiska respons (PDMS-bas:toluen = 1:1). (F) Stabilitetstestresultatet för den porösa kapacitiva trycksensorn (2 500 belastningscykler). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Detta arbete föreslår en enkel metod baserad på lösningsmedelsindunstning för att kontrollera porositeten, och en serie experimentella resultat har visat sin genomförbarhet. Även om den porösa strukturen har använts i stor utsträckning i den flexibla kapacitiva trycksensorn, behöver porositetskontrollen fortfarande ytterligare optimering. Till skillnad från befintliga metoder för att ändra partikelstorleken på PFA 11,12,13,18,19 och förhållandet mellan polymersubstrat och PFA 17,20, ändrar vi koncentrationen av polymersubstratlösningen samtidigt som storleken på PFA (dvs. socker) förblir enhetlig. Som ett resultat förändras porväggens tjocklek medan porfördelningen håller, vilket innebär att porositeten kan styras av lösningskoncentrationen.
Det mest kritiska steget för porositetskontrollen är att förbereda PDMS/toluenlösningen. Massförhållandena för PDMS / toluenlösningen valdes som 1: 1, 3: 1, 5: 1 respektive 8: 1 för att tillverka dielektriska skikt med olika porositeter. Det bekräftades experimentellt att minskningen av massförhållandet ledde till högre porositet och ökad känslighet i lågtrycksområdet.
Uppvärmning av socker / erytritolblandningen för att tillverka den porösa mallen är också ett kritiskt, innovativt steg. Till skillnad från befintliga metoder för uppvärmning av rent socker 21,22, tillsats av vatten23 och applicering av tryck 24, användes smältpunktsskillnaden mellan dessa två PFA-komponenter för att tillverka den porösa mallen. I detta protokoll är uppvärmningstemperaturen högre än smältpunkten för erytritol och lägre än smältpunkten för socker. Således smälter erytritolpulvret gradvis under uppvärmningsprocessen och binder de fasta sockerpartiklarna till en sockerklump. Massförhållandet mellan socker och erytritol visade sig också vara avgörande för framgången med detta steg. En högre fraktion av erytritolen kommer att fylla gapet bland sockerpartiklarna, medan en lägre fraktion kommer att leda till ett misslyckande i bindningen.
Det finns dock vissa begränsningar i enheten som tillverkas med denna metod. När belastningstrycket ökar stängs porerna i det dielektriska skiktet gradvis och porväggarna kommer i kontakt med varandra, vilket resulterar i en mer solid PDMS-liknande mekanisk egenskap. Detta fenomen förklarar känslighetens oberoende från porositet, som hittades i det högre tryckområdet över 40 kPa för vår sensor. Det är också värt att notera att sensorn gjord med ett 8: 1 PDMS bas / toluenmassförhållande visade en signifikant högre känslighet på 3,78% kPa−1 jämfört med andra sensorer under 5 kPa, vilket kan hänföras till en koppling av de mekaniska och elektriska egenskaperna inducerade av den porösa strukturen.
Forskningen som föreslås i detta arbete möjliggör en billig och lättmanövrerad tillverkningsmetod av porösa kapacitiva trycksensorer med avstämbara sensorparametrar, som har breda applikationsutsikter inom mjuk robotik, haptiska gränssnitt etc. I framtiden kan helt integrerade bioniska mjuka robotgripdon med mjuka sensoriska mekanoreceptorer av avstämbara sensorparametrar undersökas ytterligare baserat på denna metod.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av National Natural Science Foundation of China under Grant 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).
