Summary
Esnek elektrotlar, yumuşak robotik ve giyilebilir elektronikte çok çeşitli uygulamalara sahiptir. Mevcut protokol, litografik olarak tanımlanmış mikroakışkan kanallar aracılığıyla yüksek çözünürlüğe sahip yüksek oranda gerilebilir elektrotlar üretmek için yeni bir strateji göstermektedir ve bu da gelecekteki yüksek performanslı yumuşak basınç sensörlerinin önünü açmaktadır.
Abstract
Esnek ve gerilebilir elektrotlar, yumuşak yapay duyusal sistemlerde temel bileşenlerdir. Esnek elektronikteki son gelişmelere rağmen, çoğu elektrot ya desen çözünürlüğü ya da yüksek viskoziteli süper elastik malzemelerle mürekkep püskürtmeli baskı yeteneği ile sınırlıdır. Bu yazıda, elastik iletken polimer kompozitlerin (ECPC'ler) litografik olarak kabartılmış mikroakışkan kanallara kazınmasıyla elde edilebilecek mikrokanal tabanlı gerilebilir kompozit elektrotları üretmek için basit bir strateji sunuyoruz. ECPC'ler, bir polidimetilsiloksan (PDMS) matrisinde karbon nanotüplerin (CNT'ler) düzgün bir şekilde dağılmasını sağlayan uçucu bir çözücü buharlaştırma yöntemi ile hazırlanmıştır. Geleneksel üretim yöntemleriyle karşılaştırıldığında, önerilen teknik, yüksek viskoziteli bulamaç ile iyi tanımlanmış gerilebilir elektrotların hızlı bir şekilde üretilmesini kolaylaştırabilir. Bu çalışmadaki elektrotlar tamamen elastomerik malzemelerden oluştuğundan, ECPC'ler tabanlı elektrotlar ile PDMS tabanlı substrat arasında, mikrokanal duvarlarının arayüzlerinde güçlü ara bağlantılar oluşturulabilir, bu da elektrotların yüksek gerilme gerinimleri altında mekanik sağlamlık sergilemesini sağlar. Ek olarak, elektrotların mekanik-elektrik tepkisi de sistematik olarak incelenmiştir. Son olarak, bir dielektrik silikon köpük ve bir interdijitasyonlu elektrot (IDE) tabakasının birleştirilmesiyle yumuşak bir basınç sensörü geliştirildi ve bu, yumuşak robotik dokunsal algılama uygulamalarında basınç sensörleri için büyük bir potansiyel gösterdi.
Introduction
Yumuşak basınç sensörleri, pnömatik robotik tutucular1, giyilebilir elektronikler2, insan-makine arayüz sistemleri3 gibi uygulamalarda geniş çapta araştırılmıştır. Bu tür uygulamalarda, duyusal sistem, keyfi eğrisel yüzeylerle konformal temas sağlamak için esneklik ve gerilebilirlik gerektirir. Bu nedenle, aşırı deformasyon koşulları altında tutarlı işlevsellik sağlamak için substrat, dönüştürücü eleman ve elektrot dahil olmak üzere tüm temel bileşenlerin kullanılmasını gerektirir4. Ayrıca, yüksek algılama performansını korumak için, elektrik algılama sinyallerinde paraziti önlemek için yumuşak elektrotlardaki değişiklikleri minimum seviyede tutmak önemlidir5.
Yumuşak basınç sensörlerinin temel bileşenlerinden biri olarak, yüksek gerilim ve gerinim seviyelerini sürdürebilen gerilebilir elektrotlar, cihazın kararlı iletken yolları ve empedans özelliklerini koruması için çok önemlidir 6,7. Mükemmel performansa sahip yumuşak elektrotlar genellikle 1) mikrometre ölçeğinde yüksek uzamsal çözünürlüğe ve 2) alt tabakaya güçlü bir şekilde yapışarak yüksek gerilebilirliğe sahiptir ve bunlar, giyilebilirbir boyutta 8 boyutunda yüksek oranda entegre yumuşak elektronikler sağlamak için vazgeçilmez özelliklerdir. Bu nedenle, mürekkep püskürtmeli baskı, serigrafi, sprey baskı ve transfer baskı gibi yukarıdaki özelliklere sahip yumuşak elektrotlar geliştirmek için son zamanlarda çeşitli stratejiler önerilmiştir. 9. Mürekkep püskürtmeli baskı yöntemi6, basit imalat, maskeleme gereksinimi olmaması ve düşük miktarda malzeme atığı avantajları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak mürekkep viskozitesi açısından sınırlamalar nedeniyle yüksek çözünürlüklü desen elde etmek zordur. Serigrafi baskı10 ve sprey baskı11, alt tabaka üzerinde gölge maskesi gerektiren basit ve uygun maliyetli desen yöntemleridir. Bununla birlikte, maskeyi yerleştirme veya çıkarma işlemi, desenin netliğini azaltabilir. Transfer baskı4'ün yüksek çözünürlüklü baskı elde etmenin umut verici bir yolu olduğu bildirilmiş olsa da, bu yöntem karmaşık bir prosedürden ve zaman alıcı bir baskı sürecinden muzdariptir. Ayrıca, bu modelleme yöntemleriyle üretilen yumuşak elektrotların çoğunun, substrattan delaminasyon gibi başka dezavantajları da vardır.
Burada, mikroakışkan kanal konfigürasyonlarına dayanan uygun maliyetli ve yüksek çözünürlüklü yumuşak elektrotların hızlı üretimi için yeni bir baskı yöntemi sunuyoruz. Diğer geleneksel imalat yöntemleriyle karşılaştırıldığında, önerilen strateji, iletken malzeme olarak elastik iletken polimer kompozitleri (ECPC'ler) ve elektrot izlerini modellemek için litografik olarak kabartmalı mikroakışkan kanalları kullanır. ECPC'lerin bulamacı, çözücü buharlaştırma yöntemi ile hazırlanır ve bir polidimetilsiloksan (PDMS) matrisinde iyi dağılmış ağırlıkça% 7 karbon nanotüplerden (CNT'ler) oluşur. ECPC'lerin bulamacını mikroakışkan kanala kazıyarak, litografik modelleme ile tanımlanan yüksek çözünürlüklü elektrotlar üretilebilir. Ek olarak, elektrot esas olarak PDMS'ye dayandığından, ECPCs bazlı elektrot ile PDMS substratı arasındaki arayüzde güçlü bir bağ oluşturulur. Böylece, elektrot PDMS substratı kadar yüksek bir gerilme seviyesini koruyabilir. Deneysel sonuçlar, önerilen gerilebilir elektrotun% 30'a kadar eksenel suşlara doğrusal olarak yanıt verebildiğini ve 0-400 kPa'lık yüksek basınç aralığında mükemmel stabilite sergileyebildiğini doğrulamaktadır, bu da bu yöntemin kapasitif basınç sensörlerinde yumuşak elektrotların üretilmesi için büyük potansiyelini göstermektedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. ECPCs bulamacının sentezi
- CNT'leri 1:30 ağırlık oranında bir toluen çözücüye dağıtın ve PDMS bazını 1:1 ağırlık oranında toluen ile seyreltin.
NOT: Şekil 1'de gösterilen tüm deneysel prosedür, iyi havalandırılan bir duman davlumbazında gerçekleştirilmelidir. - CNT/toluen süspansiyonunu ve PDMS/toluen çözeltisini oda sıcaklığında 1 saat boyunca manyetik olarak karıştırın.
NOT: Bu adım, CNT'lerin bir sonraki adımda PDMS matrisine iyi dağılmasını sağlar. - Sıvı CNT'ler/PDMS/toluen karışımı oluşturmak için CNT'ler/toluen süspansiyonunu ve PDMS/toluen çözeltisini karıştırın ve çözücüyü (tolüen) buharlaştırmak için bu karışımı 80 °C'de bir ocak plakası üzerinde manyetik olarak karıştırın.
NOT: Çözücünün buharlaşması, bir sonraki adımda karıştırma prosesini kolaylaştırmak için hassas bir şekilde kontrol edilmesi gereken çözelti viskozitesini arttırır. Tam çözücü buharlaşması için gereken süre 2 saattir. - PDMS kürleme maddesini CNT'ler/PDMS/toluen karışımına 10:1 ağırlık oranında ekleyin.
NOT: Bu aşamada, ECPCs bulamacının sentezi tamamlanmıştır.
2. Mikroakışkan kanal bazlı gerilebilir elektrotların imalatı
- SU-8 tabanlı kalıbı, bir Si gofret üzerinde geleneksel litografi tekniğini kullanarak farklı mikroakışkan kanal desenleriyle hazırlayın.
NOT: Kalıbın litografi işlemi, kullanılan fotodirencin veri sayfasında önerilen standart yöntemi izler; Kalıpların kalınlığı yaklaşık 100 μm iken, tüm eser yapılar için 50 μm, 100 μm ve 200 μm'lik üç farklı çizgi genişliği kullanılır. - Kalıbı (3-aminopropil) trietoksisilan çözeltisine daldırarak SU-8 kalıbı üzerinde bir silanizasyon işlemi gerçekleştirin.
NOT: Bu adım PDMS'nin soyulmasını kolaylaştırır. - PDMS baz çözeltisini ve kürleme maddesini 10:1 ağırlık oranıyla karıştırın ve kürlenmemiş PDMS karışımını tüm hava kabarcıkları kaybolana kadar vakumlu bir kurutucuya yerleştirin.
- Gazdan arındırılmış karışımı adım 2.1'de imal edilen kalıba dökün ve PDMS'yi tamamen kürlemek ve kalıbın desenini kürlenmiş PDMS filmine aktarmak için kalıbı kürlenmemiş PDMS çözeltisi ile 1 saat boyunca 85 ° C'de bir ocak plakasına yerleştirin. PDMS tabakasını bir bıçak yardımıyla soyun.
- 1. adımda hazırlanan ECPC'lerin küçük bir kısmını PDMS yüzeyine dökün. ECPC'lerin bulamacını kabartmalı mikroakışkan kanal boyunca bir tıraş bıçağı yardımıyla dikkatlice kazıyın.
NOT: Bu kazıma kaplama işlemi sırasında, yüksek viskoziteli ECPCs bulamacı mikrokanal deseninde etkili bir şekilde tutulur ve PDMS yüzeyinde kalan artıklar bıçak tarafından aynı anda giderilebilir. ECPCs bulamacının mikro kanala kazınması zorsa, viskozitesini arttırmak için numunenin ısıtılması önerilir. Bu kaplama adımı, mikrokanal dolana ve sürekli iletken elektrotlar oluşana kadar birçok kez tekrarlanabilir. - Numuneyi 70 °C'de 2 saat ısıtın.
- İletken gümüş macunu kullanarak son adımda imal edilen elektrotların iki ucuna bakır telleri bağlayın. Bağlantı noktası ayrıca kapatılır ve yapışkan kauçuk sızdırmazlık maddesi ile korunur.
NOT: Bu aşamada, ECPCs bazlı gerilebilir elektrotların üretimi Şekil 2'de gösterildiği gibi tamamlanmıştır.
3. Kapasitif basınç sensörünün imalatı
- Önerilen yöntemi kullanarak yumuşak elektrodu birbirine sayısallaştırılmış bir saçak efekti tasarımıyla imal edin (adım 2.1-2.7).
NOT: Ara sayısallaştırılmış saçak efekti tasarımının elektrotlar arası boşluğu ve çizgi genişliği aynı olacak şekilde ayarlanmıştır ve iki konfigürasyon üretilmiştir: 200 μm ve 300 μm. Elektrodu kürleyebilecek ısıtma prosedüründen önce (adım 2.6), interdijitasyonlu yapıdaki iki elektrot izi arasında potansiyel bir kısa devreyi önlemek için elektrot yüzeyinin yapışkan bantla temizlenmesi önerilir, çünkü scotch bant PDMS yüzeyinde kalan aşırı kürlenmemiş ECPC'lerin bulamacına seçici olarak yapışabilir ve mikrokanalda doldurulan ECPC'ler korunabilir. - 3D baskılı bir kalıp hazırlayın.
NOT: Kalıp, sıvı silikonun dökülebileceği bir açıklığa sahip bir boşluğa (3 cm genişliğinde, 4 cm uzunluğunda ve 10 mm yüksekliğinde) sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. - İki gözenek boyutuna sahip yumuşak silikon köpüklerin dielektrik katmanlarını hazırlamak için platin silikon esnek köpüğün iki bileşenini Bölüm A: Bölüm B 1: 1 ve 6: 1 için ağırlık oranlarıyla iyice karıştırın. Hızlıca karıştırın.
NOT: Gözeneklilik, Kısım A ve Kısım B'nin karıştırma oranı ayarlanarak kontrol edilebilir. - Karışımı son adımdan itibaren adım 3.2'de yapılan kalıba dökün.
- Kalıp açıklığını kapatmak için birkaç delikli bir tahta kullanın.
- Karışımı oda sıcaklığında 1 saat kürleyin.
NOT: Silikon köpük, kürlendikten sonra orijinal hacminin iki ila üç katına genişlediğinden, köpük deliklerden büyüyecek, yani boşluktaki köpüğün kalınlığı kalıp boşluğunun yüksekliğine eşit olacaktır. - Deliklerden gelen fazla silikon köpüğü kesin ve tahtayı çıkarın.
- Basınç sensörü imalatını tamamlamak için hazırlanan dielektrik köpüğü ara sayısallaştırılmış yumuşak elektrot tabakasının üzerine yerleştirin.
NOT: Kürlenmiş silikon köpüğün kalınlığı 10 mm'dir.
4. Elektrot için gerinim karakterizasyonu
- Modifiye edilmiş bir step motorun hareketli aşamaları arasında adım 2'de üretilen elektrodu kelepçeleyin.
- Elektrodu germek için hareketli aşamayı kontrol ederek elektrota tek eksenli gerinim uygulayın.
NOT: Uygulanan gerilebilirlik, hareketli aşamanın yer değiştirmesinden hesaplanabilir. - Direnç ölçümünü kaydetmek için bir multimetre kullanın.
5. Elektrot için basınç karakterizasyonu
- Sayısallaştırılmış elektroda eşdeğer bir tasarıma sahip zikzaklı bir elektrot üretin (adım 2.1-2.7).
NOT: Sayısallaştırılmış elektrotun tarak elektrotlarının birden fazla parmağa sahip olduğu göz önüne alındığında, zikzak elektrodu, interdijitasyonlu elektrotun elektriksel özelliklerini değerlendirmek için parmakları tek bir iletken yolda birleştirmek üzere tasarlanmıştır. Test edilen elektrot, 300 μm genişliğinde altı parmak içerir ve parmaklar arasındaki boşluk 2 mm'dir. - 3D baskılı bir yükleme çubuğunu (2,5 cm çapında), standart bir basınç sensörünü ve bir step motorun hareketli aşamasını bağlayarak basınç yükleme platformunu monte edin.
- Fabrikasyon elektrodu 3D baskılı yükleme çubuğunun altına yerleştirin.
- Programlanmış bir mesafe ile elektroda doğru dikey olarak hareket eden yükleme çubuğunu sürmek için hareketli aşamayı kontrol ederek elektroda basınç uygulayın.
NOT: Basınç, hareketli aşamanın yer değiştirmesi ayarlanarak kontrol edilebilir ve standart basınç, standart kuvvet sensöründen kuvvet ölçümü ile hesaplanır. - Direnç ölçümünü kaydetmek için bir multimetre kullanın.
6. Kapasitif basınç sensörü için basınç karakterizasyonu
- Adım 3'te üretilen kapasitif basınç sensörüne basınç uygulamak için adım 5'teki ile aynı platformu kullanın.
- Kapasitans ölçümünü kaydetmek için bir LCR ölçüm cihazı kullanın.
NOT: Kapasitans, 1 kHz'lik bir test frekansında ölçülür.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Protokolü takiben, ECPC'ler mikroakışkan kanal aracılığıyla modellenebilir ve bu da yüksek çözünürlüklü gerilebilir elektrotların oluşumuna yol açar. Şekil 3A, B, farklı iz tasarımlarına ve baskı çözünürlüklerine sahip yumuşak elektrotların fotoğraflarını göstermektedir. Şekil 3C, 50 μm, 100 μm ve 200 μm dahil olmak üzere fabrikasyon elektrotların farklı çizgi genişliklerini göstermektedir. Her elektrotun direnci, Ohm yasasına dayanarak beklendiği gibi, direncin azalan çizgi genişlikleriyle arttığını gösteren Şekil 3D'de sunulmuştur. Serpantin elektrotları ayrıca, serpantin elektrotlarının daha uzun etkili uzunluğu nedeniyle bir çizgi yapısına sahip aynı genişlikteki elektrotlardan daha yüksek bir direnç göstermiştir. Yumuşak elektrotların gerilebilirliği, ECPC'ler ve mikrokanal duvarı arasındaki güçlü arayüzlerin, elektrotun PDMS substratına benzer şekilde büyük gerilebilirlik göstermesini sağladığını gösteren Şekil 3E'de de gösterilmiştir. Ayrıca, hem çizginin hem de serpantin elektrotların direncinin,% 0 -% 30 test aralığında uzunlamasına yönde çekme gerinimi ile doğrusal olarak arttığı belirtildi. Sonuçlar, dirençteki değişimin tamamen geometrik etkiye atfedilebileceğini göstermektedir. Gerinim bırakma etkisi nedeniyle, serpantin elektrodunun (S p) hassasiyeti, aynı çizgi genişliği için çizgi yapı elektrodununkinden (Sl) daha düşüktü. Ayrıca, interdijitasyonlu elektrotların (IDE) daha karmaşık bir tasarımı, Şekil 4'te gösterildiği gibi, önerilen imalat yöntemine dayanan yüksek bir uzamsal çözünürlükle başarıyla geliştirilmiştir. IDE'nin elektriksel kararlılığını test etmek için eşdeğer bir yapıya sahip bir zikzak elektrot (ZZE) tasarımı da üretildi. Ölçülen direnç, elektrotta yapısal bir hasar olmadığı için 0-415 kPa basınç aralığında% 0.71'lik bir değişiklik gösterdi, bu da IDE'nin basınç algılaması için uygun olduğunu gösteriyor.
Şekil 5A'da gösterildiği gibi, bu çalışmada, bir dielektrik silikon köpük ve IDE tabakası birleştirilerek yumuşak bir basınç sensörü geliştirilmiştir. Köpüğe harici basınç uygulandığında, hava hacmi fraksiyonundaki azalma nedeniyle dielektrik sabiti artmıştır (Şekil 5B), bu da sensör kapasitansında bir artışa neden olmuştur. IDE hat genişliklerinin ve hava hacmi fraksiyonlarının kapasitif algılama performansı üzerindeki etkisi, Şekil 5C'de gösterildiği gibi araştırılmıştır. 200 μm çizgi genişliğine sahip cihazın, daha güçlü saçak alan etkisi nedeniyle daha yüksek bir hassasiyete sahip olduğu bulunmuştur. Daha yüksek bir Kısım A: Kısım B ağırlık oranı 6: 1 olan köpük, daha düşük bir hava fraksiyonuna sahip köpükten daha yüksek hassasiyete sahipti; Bu sonuç, 1: 1 ağırlık oranına sahip köpüğün çok daha fazla havaya sahip olmasıyla açıklanabilir, bu nedenle deformasyonun dielektrik sabiti üzerindeki etkisi daha düşüktü ve bu da daha düşük bir hassasiyete yol açtı1: 2. Ek olarak, sensörün tekrarlanabilirliği Şekil 5D'de gösterilmiştir; Burada döngüsel test, fabrikasyon yumuşak kapasitif sensörün 1.000 döngüsel basınç yüklemesi ile yüksek tekrarlanabilirliği koruduğunu ortaya koydu. Bunun nedeni, kapalı hücreli köpüklerin çok az viskoelastik davranışa sahip olmasıdır, bu nedenle köpük, döngüsel yükleme altında kalıcı bir deformasyon göstermez.
Şekil 1: ECPC'lerin iletken bulamacının imalat süreci . (A) CNT'lerin/toluen süspansiyonunun hazırlanması. (B) PDS/TOLUEN çözeltisinin hazırlanması. (C) CNT'lerin/PDMS/toluen süspansiyonunun hazırlanması. (D) Fazla toluen çözücünün buharlaşması. (E) ECPCs bulamacının hazırlanması. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Mikroakışkan kanal bazlı yumuşak elektrotların imalat süreci . (A) Litografik olarak tanımlanmış SU-8 kalıbı. (B) SU-8 kalıp deseninin geliştirilmesi. (C) PDMS modelleme. (D) ECPCs bulamacının kazıma kaplaması. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Gerilebilir elektrotların imalatı ve direnci. (A) bir şerit ve (ölçek çubuğu, 5 mm) (B) farklı desen çözünürlüklerine (ölçek çubuğu, 5 mm) sahip bir serpantin tasarımı şeklindeki elektrotların fotoğrafları. (C) Çizgi genişlikleri sırasıyla 50 μm, 100 μm ve 200 μm olan fabrikasyon elektrotların optik mikroskop görüntüsü. (D) Çeşitli çizgi genişliklerine sahip farklı elektrotların direnci. (E) Farklı elektrotların %30'a varan bir gerilme gerinimi altındaki dirençlerindeki değişiklikler. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Test edilen elektrotun direncinin kararlılığı. IDE eşdeğeri bir tasarıma sahip yumuşak elektrotun direnci, 0-400 kPa'lık normal bir basınç basıncı aralığında değişmeden kalmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Önerilen yumuşak basınç sensörünün karakterizasyonu. (A) IDE ve silikon dielektrik köpük (ölçek çubuğu, 5 mm) bazlı önerilen yumuşak kapasitif basınç sensörünün fotoğrafı. (B) Önerilen basınç sensörünün çalışma prensibi. (C) Farklı IDE hat genişliklerine ve dielektrik köpük gözenekliliklerine sahip basınç sensörlerinin kapasitansındaki değişiklikler. (D) Basınç sensörünün 1.000 döngü için döngüsel testi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu protokolde, gerilebilir elektrotlar için yeni bir mikroakışkan kanal tabanlı baskı yöntemi gösterdik. Elektrotun iletken malzemesi olan ECPC'lerin bulamacı, CNT'lerin PDMS matrisine iyi dağılmasını sağlayan çözücü buharlaştırma yöntemi ile hazırlanabilir, böylece PDMS substratı kadar yüksek bir gerilebilirlik sergileyen iletken bir polimer oluşturur.
Kazıma işleminde, ECPC'lerin bulamacı bir tıraş bıçağı yardımıyla PDMS mikroakışkan kanalına hızla doldurulur. Bu nedenle, bulamacın viskozitesi kazıma işleminde çok önemli bir rol oynar. ECPCs bulamacının daha düşük viskozitesi, kısmen doldurulmuş mikrokanallarla sonuçlanır, bu da açık devre durumuna veya önemli ölçüde daha yüksek dirence neden olabilir. Öte yandan, daha yüksek viskozite, PDMS yüzeyinde aşırı bulamaç kalmasına neden olabilir ve bu da yüksek çözünürlüklü IDE yapılarında kısa devreye neden olabilir. İletken CNT'lerin ECPC'lerin bulamacında ağırlıkça% 7'lik küçük bir kısmı temsil etmesine rağmen, elektrotun megaohm seviyesindeki yüksek direncinin, yumuşak kapasitif basınç sensörlerindeki algılama performansı üzerinde ihmal edilebilir bir etkiye sahip olduğu da belirtilmelidir.
Önerilen yöntem, yüksek iletken elektrotların üretimi için uygun değildir. Bu nedenle, gerildiğinde elektrotların iletkenliğini korumak için CNT katkılı PDMS'nin gelişmiş bir elektrik ağının daha fazla araştırılması gerekir.
Mürekkep püskürtmeli baskı 6, serigrafi baskı10, sprey baskı11 ve transfer baskı4 gibi mevcut üretim yöntemleriyle üretilen elektrotlarla karşılaştırıldığında, önerilen mikroakışkan kanal tabanlı yumuşak elektrotlar, yüksek baskı çözünürlüğü ve alt tabakaya güçlü yapışma ile yüksek gerilebilirlik avantajlarına sahiptir.
Bu araştırmada sunulan protokol, gerilebilir malzemelerin ve mikroakışkan kanalların esaslarını birleştirerek, yumuşak robotik dokunsal algılama uygulamaları için yüksek çözünürlüklü gerilebilir elektrotlar üretmek için düşük maliyetli ve hızlı bir üretim yöntemi sağlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
Acknowledgments
Bu çalışma, Grant 62273304 altındaki Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından desteklenmiştir.
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
- Sun, Z. D., et al. Artificial intelligence of things (AIoT) enabled virtual shop applications using self-powered sensor enhanced soft robotic manipulator. Advanced Science. 8 (14), 2100230 (2021).
- Lo, L. -W., et al. Inkjet-printed soft resistive pressure sensor patch for wearable electronics applications. Advanced Materials Technology. 5 (1), 1900717 (2020).
- Zhu, M. L., et al. Haptic-feedback smart glove as a creative human-machine interface (HMI) for virtual/augmented reality applications. Science Advances. 6 (19), (2020).
- Woo, S. -J., Kong, J. -H., Kim, D. -G., Kim, J. -M. A thin all-elastomeric capacitive pressure sensor array based on micro contact printed elastic conductors. Journal of Materials Chemistry C. 2 (22), 4415-4422 (2012).
- Tang, J., et al. Highly stretchable electrodes on wrinkled polydimethylsiloxane substrates. Scientific Reports. 5, 16527 (2015).
- Lo, L. -W., et al. An inkjet-printed PEDOT:PSS-based stretchable conductor for wearable health monitoring device applications. ACS Applied Materials & Interfaces. 13 (18), 21693-21702 (2021).
- Luo, R. -B., Li, H. -B., Du, B., Zhou, S. -S., Zhu, Y. -X. A simple strategy for high stretchable, flexible and conductive polymer films based on PEDOT:PSS-PDMS blends. Organic Electronics. 76, 105451 (2020).
- Zhang, Y., et al. Highly stable flexible pressure sensors with a quasi-homogeneous composition and interlinked interfaces. Nature Communications. 13, 1317 (2022).
- Hong, S., Lee, S., Kim, D. -H. Materials and design strategies of stretchable electrodes for electronic skin and its applications. Proceedings of the IEEE. 107 (10), 2185-2197 (2019).
- Shi, H., et al. Screen-printed soft capacitive sensors for spatial mapping of both positive and negative pressures. Advanced Functional Materials. 29 (23), 1809116 (2019).
- Mahmoudinezhad, M. H., Anderson, I., Rosset, S. Interdigitated sensor based on a silicone foam for subtle robotic manipulation. Macromolecular Rapid Communications. 42 (5), 2000560 (2019).
