Summary
Flexible Elektroden haben ein breites Anwendungsspektrum in der Softrobotik und der tragbaren Elektronik. Das vorliegende Protokoll demonstriert eine neue Strategie zur Herstellung hochdehnbarer Elektroden mit hoher Auflösung über lithographisch definierte mikrofluidische Kanäle, die den Weg für zukünftige Hochleistungs-Weichdrucksensoren ebnet.
Abstract
Flexible und dehnbare Elektroden sind wesentliche Bestandteile weicher künstlicher Sinnessysteme. Trotz der jüngsten Fortschritte in der flexiblen Elektronik sind die meisten Elektroden entweder durch die Auflösung der Strukturierung oder die Fähigkeit des Tintenstrahldrucks mit hochviskosen superelastischen Materialien eingeschränkt. In diesem Artikel stellen wir eine einfache Strategie zur Herstellung von Mikrokanal-basierten dehnbaren Kompositelektroden vor, die durch das Abkratzen von elastischen leitfähigen Polymerkompositen (ECPCs) in lithographisch geprägte mikrofluidische Kanäle erreicht werden kann. Die ECPCs wurden durch eine Verdampfungsmethode mit flüchtigen Lösungsmitteln hergestellt, die eine gleichmäßige Dispersion von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) in einer Polydimethylsiloxan (PDMS)-Matrix erreicht. Im Vergleich zu konventionellen Herstellungsmethoden kann die vorgeschlagene Technik die schnelle Herstellung von gut definierten dehnbaren Elektroden mit hochviskoser Aufschlämmung erleichtern. Da die Elektroden in dieser Arbeit aus rein elastomeren Materialien bestehen, können an den Grenzflächen der Mikrokanalwände starke Verbindungen zwischen den ECPCs-basierten Elektroden und dem PDMS-basierten Substrat gebildet werden, wodurch die Elektroden unter hohen Zugbelastungen mechanische Robustheit aufweisen können. Darüber hinaus wurde auch das mechanisch-elektrische Verhalten der Elektroden systematisch untersucht. Schließlich wurde durch die Kombination eines dielektrischen Silikonschaums und einer IDE-Schicht (Interdigitated Electrodes) ein weicher Drucksensor entwickelt, der ein großes Potenzial für Drucksensoren in taktilen Sensoranwendungen für weiche Roboter zeigte.
Introduction
Weichdrucksensoren sind in Anwendungen wie pneumatischen Robotergreifern1, tragbarer Elektronik2, Mensch-Maschine-Schnittstellensystemen3 usw. weit verbreitet. In solchen Anwendungen erfordert das sensorische System Flexibilität und Dehnbarkeit, um einen konformen Kontakt mit beliebigen krummlinigen Oberflächen zu gewährleisten. Daher sind alle wesentlichen Komponenten, einschließlich des Substrats, des Wandlerelements und der Elektrode, erforderlich, um eine gleichbleibende Funktionalität unter extremen Verformungsbedingungenzu gewährleisten 4. Um eine hohe Erfassungsleistung aufrechtzuerhalten, ist es außerdem wichtig, die Änderungen in den weichen Elektroden auf ein Minimum zu beschränken, um Interferenzen in den elektrischen Erfassungssignalen5 zu vermeiden.
Als eine der Kernkomponenten von Weichdrucksensoren sind dehnbare Elektroden, die hohen Spannungs- und Dehnungsniveaus standhalten können, entscheidend für das Gerät, um stabile Leiterbahnen und Impedanzeigenschaften zu erhalten 6,7. Weiche Elektroden mit hervorragender Leistung besitzen in der Regel 1) eine hohe räumliche Auflösung im Mikrometerbereich und 2) eine hohe Dehnbarkeit mit starker Bindung an das Substrat, und dies sind unverzichtbare Eigenschaften, um eine hochintegrierte weiche Elektronik in einer tragbaren Größe8 zu ermöglichen. Daher wurden in letzter Zeit verschiedene Strategien vorgeschlagen, um weiche Elektroden mit den oben genannten Eigenschaften zu entwickeln, wie z. B. Tintenstrahldruck, Siebdruck, Sprühdruck und Transferdruck usw. 9. Das Tintenstrahldruckverfahren6 ist aufgrund seiner Vorteile der einfachen Herstellung, der fehlenden Maskierungsanforderung und der geringen Menge an Materialabfall weit verbreitet, aber es ist schwierig, aufgrund von Einschränkungen in Bezug auf die Tintenviskosität eine hochauflösende Strukturierung zu erreichen. Der Siebdruck10 und der Sprühdruck11 sind einfache und kostengünstige Strukturierungsverfahren, die eine Schattenmaske auf dem Substrat erfordern. Das Platzieren oder Entfernen der Maske kann jedoch die Klarheit der Musterung verringern. Obwohl der Transferdruck4 als vielversprechender Weg zum hochauflösenden Druck gilt, leidet diese Methode unter einem komplizierten Verfahren und einem zeitaufwändigen Druckprozess. Darüber hinaus weisen die meisten der durch diese Strukturierungsverfahren hergestellten weichen Elektroden weitere Nachteile auf, wie z. B. eine Delamination vom Substrat.
In dieser Arbeit stellen wir ein neuartiges Druckverfahren zur schnellen Herstellung kostengünstiger und hochauflösender weicher Elektroden vor, die auf mikrofluidischen Kanalkonfigurationen basieren. Im Vergleich zu anderen konventionellen Herstellungsmethoden verwendet die vorgeschlagene Strategie elastische leitfähige Polymerkomposite (ECPCs) als leitfähiges Material und lithographisch geprägte mikrofluidische Kanäle zur Strukturierung der Elektrodenleiterbahnen. Die ECPCs-Aufschlämmung wird nach der Lösungsmittelverdampfungsmethode hergestellt und besteht aus 7 Gew.-% Kohlenstoffnanoröhren (CNTs), die in einer Polydimethylsiloxan-Matrix (PDMS) gut dispergiert sind. Durch das Abkratzen des ECPCs-Slurry in den mikrofluidischen Kanal können hochauflösende Elektroden hergestellt werden, die durch lithographische Strukturierung definiert sind. Da die Elektrode hauptsächlich auf PDMS basiert, entsteht außerdem eine starke Bindung an der Grenzfläche zwischen der ECPCs-basierten Elektrode und dem PDMS-Substrat. So kann die Elektrode ein Dehnungsniveau aushalten, das so hoch ist wie das PDMS-Substrat. Die experimentellen Ergebnisse bestätigen, dass die vorgeschlagene dehnbare Elektrode linear auf axiale Dehnungen von bis zu 30% reagieren kann und eine ausgezeichnete Stabilität in einem Hochdruckbereich von 0-400 kPa aufweist, was auf das große Potenzial dieser Methode zur Herstellung weicher Elektroden in kapazitiven Drucksensoren hinweist, das auch in dieser Arbeit demonstriert wird.
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Protocol
1. Synthese des ECPCs-Slurrys
- Dispergieren Sie die CNTs in einem Gewichtsverhältnis von 1:30 in einem Toluollösungsmittel und verdünnen Sie die PDMS-Base mit Toluol im Gewichtsverhältnis 1:1.
HINWEIS: Der gesamte Versuchsablauf, der in Abbildung 1 dargestellt ist, sollte in einem gut belüfteten Abzug durchgeführt werden. - Die CNTs/Toluol-Suspension und die PDMS/Toluol-Lösung bei Raumtemperatur 1 h magnetisch umrühren.
HINWEIS: Mit diesem Schritt können die CNTs im folgenden Schritt gut in der PDMS-Matrix verteilt werden. - Mischen Sie die CNTs/Toluol-Suspension und die PDMS/Toluol-Lösung zu einem flüssigen CNTs/PDMS/Toluol-Gemisch und rühren Sie dieses Gemisch auf einer Heizplatte bei 80 °C magnetisch um, um das Lösungsmittel (Toluol) zu verdampfen.
HINWEIS: Die Verdampfung des Lösungsmittels erhöht die Viskosität der Lösung, die genau gesteuert werden muss, um den Mischprozess im nächsten Schritt zu erleichtern. Die Zeit, die für die vollständige Verdampfung des Lösungsmittels benötigt wird, beträgt 2 h. - PDMS-Härter in einem Gewichtsverhältnis von 10:1 in das CNTs/PDMS/Toluol-Gemisch geben.
HINWEIS: Zu diesem Zeitpunkt ist die Synthese der ECPCs-Aufschlämmung abgeschlossen.
2. Herstellung der mikrofluidischen kanalbasierten dehnbaren Elektroden
- Bereiten Sie die SU-8-basierte Form mit verschiedenen Mustern mikrofluidischer Kanäle unter Verwendung der konventionellen Lithographietechnik auf einem Si-Wafer vor.
HINWEIS: Der Lithographieprozess der Form folgt der Standardmethode, die im Datenblatt des verwendeten Fotolacks vorgeschlagen wird. Die Dicke der Formen beträgt etwa 100 μm, während für alle Leiterbahnstrukturen drei verschiedene Linienbreiten von 50 μm, 100 μm und 200 μm verwendet werden. - Führen Sie einen Silanisierungsprozess an der SU-8-Form durch, indem Sie die Form in die (3-Aminopropyl)triethoxysilan-Lösung eintauchen.
HINWEIS: Dieser Schritt erleichtert das Abziehen des PDMS. - Mischen Sie die PDMS-Basislösung und den Härter mit einem Gewichtsverhältnis von 10:1 und geben Sie die ungehärtete PDMS-Mischung in einen Vakuum-Exsikkator, bis alle Luftblasen verschwunden sind.
- Gießen Sie die entgaste Mischung auf die in Schritt 2.1 hergestellte Form und stellen Sie die Form mit der nicht ausgehärteten PDMS-Lösung für 1 h auf eine Heizplatte bei 85 °C, um das PDMS vollständig auszuhärten und das Muster der Form auf die ausgehärtete PDMS-Folie zu übertragen. Ziehen Sie die PDMS-Schicht mit Hilfe einer Klinge ab.
- Gießen Sie eine kleine Menge der in Schritt 1 vorbereiteten ECPCs auf die PDMS-Oberfläche. Kratzen Sie die ECPCs-Aufschlämmung vorsichtig mit Hilfe einer Rasierklinge entlang des geprägten mikrofluidischen Kanals.
HINWEIS: Während dieses Kratzbeschichtungsprozesses wird die hochviskose ECPCs-Aufschlämmung effektiv im Mikrokanalmuster eingeschlossen, und Rückstände, die auf der PDMS-Oberfläche verbleiben, können gleichzeitig von der Klinge entfernt werden. Wenn es schwierig ist, die ECPCs-Aufschlämmung in den Mikrokanal zu kratzen, wird empfohlen, die Probe zu erhitzen, um ihre Viskosität zu erhöhen. Dieser Beschichtungsschritt kann mehrmals wiederholt werden, bis der Mikrokanal gefüllt ist und kontinuierlich leitende Elektroden gebildet sind. - Erhitzen Sie die Probe 2 h lang auf 70 °C.
- Verbinden Sie Kupferdrähte mit leitfähiger Silberpaste an den beiden Enden der im letzten Schritt hergestellten Elektroden. Die Anschlussstelle ist zusätzlich abgedichtet und durch den selbstklebenden Gummidichtstoff geschützt.
HINWEIS: In dieser Phase ist die Herstellung der ECPCs-basierten dehnbaren Elektroden abgeschlossen, wie in Abbildung 2 dargestellt.
3. Herstellung des kapazitiven Drucksensors
- Die weiche Elektrode wird mit einem interdigitierten Streifeneffekt unter Verwendung der vorgeschlagenen Methode (Schritte 2.1-2.7) hergestellt.
HINWEIS: Der Interelektrodenabstand und die Linienbreite des Designs mit interdigitalisiertem Streifeneffekt sind identisch, und es werden zwei Konfigurationen hergestellt: 200 μm und 300 μm. Vor dem Erhitzungsvorgang (Schritt 2.6), der die Elektrode aushärten kann, wird empfohlen, die Elektrodenoberfläche mit Klebeband zu reinigen, um einen möglichen Kurzschluss zwischen den beiden Elektrodenleiterbahnen in der interdigitierten Struktur zu vermeiden, da das Tesafilm selektiv an der übermäßigen ungehärteten ECPCs-Aufschlämmung haften kann, die auf der PDMS-Oberfläche verbleibt, und die in den Mikrokanal gefüllten ECPCs zurückgehalten werden können. - Bereiten Sie eine 3D-gedruckte Form vor.
Anmerkungen: Die Form ist so konzipiert, dass sie einen Hohlraum (3 cm breit, 4 cm lang und mit einer Höhe von 10 mm) mit einer Öffnung hat, in die das flüssige Silikon gegossen werden kann. - Mischen Sie die beiden Komponenten des Platinsilikon-Weichschaums gründlich mit Gewichtsverhältnissen für Teil A:Teil B von 1:1 und 6:1, um dielektrische Schichten aus weichen Silikonschäumen mit zwei Porengrößen herzustellen. Schnell umrühren.
Anmerkungen: Die Porosität kann durch Einstellen des Mischungsverhältnisses von Teil A und Teil B gesteuert werden. - Gießen Sie die Mischung aus dem letzten Schritt in die in Schritt 3.2 hergestellte Form.
- Verwenden Sie ein Brett mit mehreren Löchern, um die Formöffnung abzudecken.
- Die Mischung 1 Stunde bei Raumtemperatur aushärten lassen.
Anmerkungen: Da sich der Silikonschaum nach dem Aushärten auf das Zwei- bis Dreifache seines ursprünglichen Volumens ausdehnt, wächst der Schaum aus den Löchern heraus, was bedeutet, dass die Dicke des Schaums in der Kavität gleich der Höhe der Formkavität ist. - Schneiden Sie den überschüssigen Silikonschaum ab, der durch die Löcher kommt, und entfernen Sie das Brett.
- Legen Sie den vorbereiteten dielektrischen Schaum auf die interdigitalisierte weiche Elektrodenschicht, um die Herstellung des Drucksensors abzuschließen.
Anmerkungen: Die Dicke des ausgehärteten Silikonschaums beträgt 10 mm.
4. Dehnungscharakterisierung für die Elektrode
- Klemmen Sie die in Schritt 2 hergestellte Elektrode zwischen die beweglichen Stufen eines modifizierten Schrittmotors.
- Üben Sie eine einachsige Dehnung auf die Elektrode aus, indem Sie den beweglichen Tisch steuern, um die Elektrode zu dehnen.
HINWEIS: Die angewandte Dehnbarkeit kann aus der Verschiebung des beweglichen Tisches berechnet werden. - Verwenden Sie ein Multimeter, um die Widerstandsmessung aufzuzeichnen.
5. Druckcharakterisierung der Elektrode
- Stellen Sie eine Zick-Zack-Elektrode her, die ein gleichwertiges Design wie die interdigitalisierte Elektrode aufweist (Schritte 2.1-2.7).
Anmerkungen: In Anbetracht der Tatsache, dass die Kammelektroden der interdigitierten Elektrode mehrere Finger haben, ist die Zick-Zack-Elektrode so konzipiert, dass sie die Finger in einem einzigen leitenden Pfad zusammenfügt, um die elektrischen Eigenschaften der interdigitalisierten Elektrode zu bewerten. Die getestete Elektrode umfasst sechs Finger mit einer Breite von 300 μm, der Abstand zwischen den Fingern beträgt 2 mm. - Montieren Sie die Druckladeplattform, indem Sie eine 3D-gedruckte Ladestange (2,5 cm Durchmesser), einen Standard-Drucksensor und die bewegliche Stufe eines Schrittmotors verbinden.
- Platzieren Sie die hergestellte Elektrode unter dem 3D-gedruckten Ladestab.
- Üben Sie Druck auf die Elektrode aus, indem Sie die bewegliche Stufe steuern, um die Ladestange anzutreiben, die sich vertikal in Richtung der Elektrode um einen programmierten Abstand bewegt.
Anmerkungen: Der Druck kann durch Einstellen der Verschiebung des beweglichen Tisches gesteuert werden, und der Standarddruck wird durch die Kraftmessung des Standardkraftsensors berechnet. - Verwenden Sie ein Multimeter, um die Widerstandsmessung aufzuzeichnen.
6. Druckcharakterisierung für den kapazitiven Drucksensor
- Verwenden Sie dieselbe Plattform wie in Schritt 5, um Druck auf den kapazitiven Drucksensor auszuüben, der in Schritt 3 hergestellt wurde.
- Verwenden Sie ein LCR-Messgerät, um die Kapazitätsmessung aufzuzeichnen.
HINWEIS: Die Kapazität wird mit einer Prüffrequenz von 1 kHz gemessen.
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Representative Results
Dem Protokoll folgend, können ECPCs über den mikrofluidischen Kanal strukturiert werden, was zur Bildung von dehnbaren Elektroden mit hoher Auflösung führt. Die Abbildungen 3A, B zeigen Fotografien von weichen Elektroden mit unterschiedlichen Leiterbahndesigns und Druckauflösungen. Abbildung 3C zeigt die unterschiedlichen Linienbreiten der hergestellten Elektroden, einschließlich 50 μm, 100 μm und 200 μm. Der Widerstand jeder Elektrode ist in Abbildung 3D dargestellt, die zeigt, dass der Widerstand mit abnehmender Linienbreite zunimmt, wie aufgrund des Ohmschen Gesetzes zu erwarten ist. Die Serpentinenelektroden zeigten aufgrund der längeren Wirklänge der Serpentinenelektroden auch einen höheren Widerstand als die gleich breiten Elektroden mit Linienstruktur. Die Dehnbarkeit der weichen Elektroden wird auch in Abbildung 3E demonstriert, die zeigt, dass die starken Grenzflächen zwischen den ECPCs und der Mikrokanalwand es der Elektrode ermöglichten, eine hohe Dehnbarkeit ähnlich dem PDMS-Substrat zu zeigen. Es wurde auch festgestellt, dass der Widerstand sowohl der Leitungs- als auch der Serpentinenelektroden linear mit der Zugdehnung in Längsrichtung innerhalb des Prüfbereichs von 0%-30% zunahm. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Änderung des Widerstands rein auf den geometrischen Effekt zurückzuführen ist. Aufgrund des spannungslösenden Effekts war die Empfindlichkeit der Serpentinelektrode (S p) bei gleicher Linienbreite geringer als die der Linienstrukturelektrode (Sl). Darüber hinaus wurde erfolgreich ein komplexeres Design der interdigitalisierten Elektroden (IDE) mit einer hohen räumlichen Auflösung auf der Grundlage der vorgeschlagenen Herstellungsmethode entwickelt, wie in Abbildung 4 dargestellt. Ein Zick-Zack-Elektrodendesign (ZZE) mit einer äquivalenten Struktur wurde ebenfalls hergestellt, um die elektrische Stabilität der IDE zu testen. Der gemessene Widerstand zeigte eine Abweichung von 0,71 % innerhalb des Druckbereichs von 0-415 kPa, da keine strukturellen Schäden an der Elektrode auftraten, was darauf hindeutet, dass die IDE für die Druckmessung geeignet ist.
Wie in Abbildung 5A gezeigt, wurde in dieser Studie ein weicher Drucksensor entwickelt, indem ein dielektrischer Silikonschaum und die IDE-Schicht kombiniert wurden. Bei äußerem Druck auf den Schaum erhöhte sich die Dielektrizitätskonstante durch die Verringerung des Luftvolumenanteils (Bild 5B), was zu einer Erhöhung der Sensorkapazität führte. Der Einfluss der IDE-Linienbreiten und Luftvolumenanteile auf die kapazitive Sensorleistung wurde untersucht, wie in Abbildung 5C dargestellt. Es zeigte sich, dass das Gerät mit einer Linienbreite von 200 μm aufgrund des stärkeren Streifenfeldeffekts eine höhere Empfindlichkeit aufwies. Der Schaumstoff mit einem höheren Gewichtsverhältnis von Teil A zu Teil B von 6:1 hatte auch eine höhere Empfindlichkeit als der Schaumstoff mit einem geringeren Luftanteil; Dieses Ergebnis lässt sich dadurch erklären, dass der Schaumstoff mit einem Gewichtsverhältnis von 1:1 viel mehr Luft enthielt, so dass der Einfluss der Verformung auf die Dielektrizitätskonstante geringer war, was zu einer geringeren Empfindlichkeit führte12. Darüber hinaus ist die Wiederholbarkeit des Sensors in Abbildung 5D demonstriert; Hier ergab der zyklische Test, dass der hergestellte weich-kapazitive Sensor über 1.000 zyklische Druckbelastungen hinweg eine hohe Wiederholbarkeit beibehielt. Dies liegt daran, dass die geschlossenzelligen Schäume ein geringes viskoelastisches Verhalten aufweisen, so dass der Schaum bei zyklischer Belastung keine bleibende Verformung aufweist.
Abbildung 1: Herstellungsprozess der leitfähigen Aufschlämmung der ECPCs . (A) Herstellung der CNTs/Toluol-Suspension. (B) Herstellung der PDMS/Toluol-Lösung. (C) Herstellung der CNTs/PDMS/Toluol-Suspension. (D) Verdampfen des überschüssigen Toluol-Lösungsmittels. (E) Aufbereitung der ECPC-Gülle. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 2: Herstellungsprozess der mikrofluidischen kanalbasierten Weichelektroden . (A) Lithographisch definierte SU-8-Form. (B) Entwicklung des SU-8-Formmusters. (C) PDMS-Musterung. (D) Abstreifbeschichtung von ECPC-Aufschlämmung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 3: Herstellung und Widerstand der dehnbaren Elektroden. Fotografien von Elektroden in Form von (A) einem Streifen und (Maßstabsbalken, 5 mm) (B) einem Serpentinendesign mit unterschiedlichen Strukturierungsauflösungen (Maßstabsleiste, 5 mm). (C) Lichtmikroskopische Aufnahme der hergestellten Elektroden mit Linienbreiten von 50 μm, 100 μm bzw. 200 μm. (D) Der Widerstand der verschiedenen Elektroden mit unterschiedlichen Linienbreiten. (E) Die Änderungen der Widerstände der verschiedenen Elektroden unter einer Zugbelastung von bis zu 30 %. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 4: Widerstandsstabilität der getesteten Elektrode. Der Widerstand der weichen Elektrode mit IDE-äquivalentem Design blieb in einem normalen Druckdruckbereich von 0-400 kPa unverändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 5: Charakterisierung des vorgeschlagenen Weichdrucksensors. (A) Foto des vorgeschlagenen weich-kapazitiven Drucksensors auf Basis von IDE und silikondielektrischem Schaum (Maßstab, 5 mm). (B) Funktionsprinzip des vorgeschlagenen Drucksensors. (C) Die Kapazitätsänderungen der Drucksensoren mit unterschiedlichen IDE-Linienbreiten und dielektrischen Schaumporositäten. (D) Zyklische Prüfung des Drucksensors über 1.000 Zyklen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
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Discussion
In diesem Protokoll haben wir ein neuartiges mikrofluidisches Kanal-basiertes Druckverfahren für dehnbare Elektroden demonstriert. Das leitfähige Material der Elektrode, die ECPCs-Aufschlämmung, kann durch die Lösungsmittelverdampfungsmethode hergestellt werden, die es ermöglicht, die CNTs gut in der PDMS-Matrix zu dispergieren und so ein leitfähiges Polymer zu bilden, das eine Dehnbarkeit aufweist, die so hoch ist wie die des PDMS-Substrats.
Beim Abstreifen wird der ECPCs-Slurry mit Hilfe einer Rasierklinge schnell in den mikrofluidischen PDMS-Kanal eingefüllt. Daher spielt die Viskosität des Schlamms eine entscheidende Rolle beim Abstreifvorgang. Eine niedrigere Viskosität der ECPCs-Aufschlämmung würde zu teilweise gefüllten Mikrokanälen führen, was zu einem offenen Kreislauf oder einem deutlich höheren Widerstand führen kann. Andererseits könnte eine höhere Viskosität dazu führen, dass übermäßiger Schlamm auf der PDMS-Oberfläche verbleibt, was einen Kurzschluss in hochauflösenden IDE-Strukturen induziert. Es sollte auch beachtet werden, dass, obwohl die leitfähigen CNTs nur einen kleinen Anteil von 7 Gew.% in der Aufschlämmung der ECPCs ausmachen, der hohe Widerstand der Elektrode im Megaohm-Bereich einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Abtastleistung in weich-kapazitiven Drucksensoren hat.
Das vorgeschlagene Verfahren ist nicht für die Herstellung von hochleitfähigen Elektroden geeignet. Daher muss ein verbessertes elektrisches Netzwerk von CNT-dotierten PDMS weiter untersucht werden, um die Leitfähigkeit der Elektroden bei Dehnung aufrechtzuerhalten.
Verglichen mit Elektroden, die mit den bestehenden Herstellungsverfahren, wie Tintenstrahldruck6, Siebdruck10, Sprühdruck11 und Transferdruck4, hergestellt werden, haben die vorgeschlagenen mikrofluidischen Kanal-basierten weichen Elektroden die Vorteile einer hohen Druckauflösung und einer hohen Dehnbarkeit bei starker Bindung an das Substrat.
Das in dieser Forschungsarbeit vorgestellte Protokoll kombiniert die Vorzüge der dehnbaren Materialien und mikrofluidischen Kanäle und ermöglicht eine kostengünstige und schnelle Herstellungsmethode zur Herstellung hochauflösender dehnbarer Elektroden für weiche robotergestützte taktile Sensoranwendungen.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China im Rahmen von Grant 62273304 unterstützt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Camera | OPLENIC DIGITAL CAMERA | ||
| Carbon nanotubes (CNTs) | Nanjing Xianfeng Nano-technology | Diameter:10-20 nm,Length:10-30 μm | |
| Hotplate stirrer | Thermo Scientific | Super-Nuova+ | Stirring and Heating Equipment |
| LCR meter | Keysight | E4980AL | Capacitance Measurment Equipment |
| Microscope | SDPTOP | ||
| Multimeter | Fluke | Resistance measurment Equipment | |
| Oven | Yamoto | DX412C | Heating equipment |
| Photo mask | Shenzhen Weina Electronic Technology | ||
| Photoresist | Microchem | SU-8 3050 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 | Silicone Elastomer |
| Silicone foam | Smooth on | Soma Foama 25 | Two-component Platinum Silicone Flexible Foam |
| Silicone wafer | Suzhou Crystal Silicon Electronic & Technology | Diameter:2 inches | |
| Stirrer | IKA | Color Squid | Stirring Equipment |
| Toluene | Sinopharm Chemical Reagent | Solvent for the Preparation of ECPCs | |
| Triethoxysilane | Macklin |
References
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