सिलिकॉन आधारित ढांकता हुआ Elastomer Actuators की निर्माण प्रक्रिया

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Rosset, S., Araromi, O. A., Schlatter, S., Shea, H. R. Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators. J. Vis. Exp. (108), e53423, doi:10.3791/53423 (2016).

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Abstract

यह योगदान अचालक इलास्टोमेर ट्रांसड्यूसर (DETS) के निर्माण की प्रक्रिया को दर्शाता है। DETS दो अनुरूप इलेक्ट्रोड के बीच बैठा एक elastomeric अचालक झिल्ली से मिलकर stretchable capacitors रहे हैं। इन ट्रांसड्यूसर की बड़ी प्रवर्तन उपभेदों actuators के रूप में इस्तेमाल किया जब (300% से अधिक क्षेत्र में तनाव) और उनके नरम और आज्ञाकारी प्रकृति विद्युत ट्यून करने योग्य प्रकाशिकी, haptic राय उपकरणों, लहर-ऊर्जा संचयन, विरूप्य सेल सहित आवेदन की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए दोहन किया गया है -culture उपकरणों, आज्ञाकारी grippers, और एक जैव-प्रेरित मछली की तरह हवाई पोत की प्रणोदन। ज्यादातर मामलों में, DETS एक वाणिज्यिक मालिकाना एक्रिलिक elastomer के साथ और कार्बन पाउडर या कार्बन तेल के हाथ से लागू इलेक्ट्रोड के साथ बना रहे हैं। इस संयोजन viscoelastic रेंगना और एक छोटे से जीवन भर का प्रदर्शन गैर प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और धीमी गति से actuators के लिए होता है। हम यहाँ पतली elastomeric सिलिकॉन पर आधारित DETS की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य निर्माण के लिए एक पूरी प्रक्रिया प्रवाह पेशपतली सिलिकॉन झिल्ली, झिल्ली रिहाई और prestretching, मजबूत अनुरूप इलेक्ट्रोड, विधानसभा और परीक्षण की patterning के कास्टिंग सहित ई फिल्मों,। झिल्ली रिहाई की आसानी के लिए एक पानी में घुलनशील बलि परत के साथ लेपित लचीला पॉलीथीन terephthalate (पीईटी) substrates पर डाल रहे हैं। इलेक्ट्रोड एक सिलिकॉन मैट्रिक्स में बिखरे कार्बन ब्लैक कणों से मिलकर बनता है और वे लागू कर रहे हैं, जिस पर अचालक झिल्ली के लिए एक उच्च आसंजन है कि वर्तमान अनुरूप इलेक्ट्रोड ठीक से परिभाषित करने के लिए होता है, जो एक मुद्रांकन तकनीक का उपयोग करते हुए नमूनों।

Introduction

ढांकता हुआ इलास्टोमेर ट्रांसड्यूसर (DETS) इस प्रकार एक रबड़ संधारित्र 1 गठन, दो अनुरूप इलेक्ट्रोड के बीच sandwiched (आमतौर पर 10-100 माइक्रोन मोटी) एक elastomeric अचालक झिल्ली, से मिलकर बनता है कि मुलायम उपकरणों रहे हैं। DETS बहुत बड़ी उपभेदों के उत्पादन में सक्षम actuators के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, 2 नरम तनाव सेंसर 3, या के रूप में मुलायम बिजली जनरेटर 4 (ऊपर 1,700% की सतह तनाव का प्रदर्शन किया गया है)। Actuators के रूप में इस्तेमाल करते हैं, एक वोल्टेज दो इलेक्ट्रोड के बीच लागू किया जाता है। उत्पन्न विद्युत बल (चित्रा 1) 1 इसकी सतह क्षेत्र इसकी मोटाई कम करने और बढ़ रही है, अचालक झिल्ली निचोड़ कर रख। Actuators के अलावा, एक ही मूल संरचना (पतली इलास्टोमेर झिल्ली और stretchable इलेक्ट्रोड) यांत्रिक विरूपण से प्रेरित समाई के परिवर्तन का लाभ लेने, तनाव सेंसर या ऊर्जा संचयन उपकरणों के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। अचालक इलास्टोमेर एक द्वारा उत्पन्न बड़े उपभेदोंctuators (DEAS) और उनके नरम और आज्ञाकारी प्रकृति ऐसी मछली की तरह हवाई पोत 8 प्रेरित एक जैव विद्युत ट्यून करने योग्य लेंस 5, रोटरी मोटर्स 6, विरूप्य सेल संस्कृति उपकरणों 7, और प्रणोदन के रूप में कई अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया गया है।

यह बहुत बड़ी प्रवर्तन उपभेदों एक प्रदर्शन करने के लिए दिखाया गया है, क्योंकि अधिकांश DETS साहित्य में सूचना दी, अचालक इलास्टोमेर झिल्ली के रूप में VHB नामित 3M से एक मालिकाना एक्रिलिक इलास्टोमेर फिल्म का उपयोग करें। फिल्म बनाने में इस सामग्री की उपलब्धता (प्रवर्तन तनाव अलग सेट), यह इस तरह इसकी प्रतिक्रिया की गति को सीमित कि यांत्रिक नुकसान और viscoelastic रेंगना के रूप में महत्वपूर्ण कमियां है, के एक नंबर है, भले ही यह भी DET अनुप्रयोगों के लिए अपनी व्यापक उपयोग में एक महत्वपूर्ण कारक है एक छोटा सा ऑपरेटिंग तापमान रेंज, और फाड़ के लिए एक प्रवृत्ति। इसकी तुलना में, सिलिकॉन elastomers भी 1,000 गुना तेजी से एक प्रतिक्रिया की गति के साथ उपकरणों के लिए अग्रणी DETS के लिए अचालक झिल्ली के रूप में इस्तेमाल किया जा सकताकारण उनके बहुत कम यांत्रिक नुकसान से 9 एक्रिलिक इलास्टोमर, की तुलना में। इसके अलावा, वे अतिरिक्त डिजाइन स्वतंत्रता देता है जो hardnesses की एक बड़ी रेंज में उपलब्ध हैं। हालांकि, सिलिकॉन आमतौर पर DETS के लिए प्रयोग की जाने वाली पतली झिल्ली में लागू किया जाना चाहिए, जो एक चिपचिपा आधार रूप में बेचा जाता है। झिल्ली की मोटाई स्वतंत्र रूप से चुना जा सकता है और निर्माता द्वारा नहीं लगाया गया है के रूप में premade फिल्मों के लिए मामला है बहरहाल, यह है, फिर भी आजादी की एक अतिरिक्त डिग्री प्रदान करता है।

इस प्रोटोकॉल एक अचालक इलास्टोमेर actuator के निर्माण से पता चलता है। हालांकि, यह भी ऊर्जा संचयन उपकरणों और तनाव सेंसर सहित एक व्यापक अर्थों में अचालक इलास्टोमेर ट्रांसड्यूसर, के निर्माण के लिए कोई संशोधन करने के लिए थोड़ा के साथ लागू किया जा सकता है। हम यहाँ एक पानी में घुलनशील बलि परत के साथ लेपित लचीला पीईटी substrates पर पतली (10-100 माइक्रोन) सिलिकॉन फिल्मों के बड़े क्षेत्र (ए 4) कास्टिंग के लिए एक तरीका मौजूद है। बलि परत बलों अनुरोध कम कर देता हैइस प्रकार रिलीज के दौरान झिल्ली के यांत्रिक विरूपण को कम करने, सब्सट्रेट से सिलिकॉन झिल्ली को अलग करने के uired। फिल्म की विकृति के कारण तनाव प्रेरित नरमी (मुलिंस प्रभाव) को अनिसोट्रोपिक यांत्रिक गुणों के लिए नेतृत्व कर सकते हैं 10 और इसलिए बचा जाना चाहिए। इलेक्ट्रोड एक DET का दूसरा प्रमुख घटक हैं। उनकी भूमिका elastomeric झिल्ली की सतह पर विद्युत शुल्क वितरित करने के लिए है। एक विश्वसनीय क्रियाकारक का उत्पादन करने के लिए, इलेक्ट्रोड, अपमानजनक खुर delaminating, या चालकता को खोने के बिना 20% से अधिक दोहराया उपभेदों का सामना करने में सक्षम होना चाहिए; यंत्रवत् संरचना 11 ठोस बनाना नहीं करने के लिए इसके अलावा, वे अनुरूप होना चाहिए। शिकायत इलेक्ट्रोड बनाने के लिए मौजूद है कि विभिन्न तकनीकों के अलावा, हाथ से लागू कार्बन ब्लैक कणों या कार्बन तेल दो सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया तरीकों 11 हैं। हालांकि, इन तरीकों में काफी कुछ नुकसान है: हाथ से आवेदन डिवाइस के miniaturization रोकताएस, गैर प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम होता है और समय लेने वाली है। इसके अलावा, कार्बन पाउडर या तेल झिल्ली का पालन नहीं करता और इस विधि द्वारा उत्पादित इलेक्ट्रोड पहनते हैं और यांत्रिक घर्षण के अधीन हैं। इसके अलावा, तेल के मामले में बाध्यकारी द्रव अचालक झिल्ली में फैलाना और अपने यांत्रिक गुणों को संशोधित कर सकते हैं। संयुक्त राष्ट्र समझाया कार्बन पाउडर या तेल इलेक्ट्रोड के जीवनकाल के फलस्वरूप काफी कम है। यहाँ, हम इस प्रकार 0.5 मिमी करने के लिए नीचे सुविधाओं के साथ तेजी से और reproducibly पैटर्न सटीक इलेक्ट्रोड, करने के लिए अनुमति देता है, एक सटीक डिजाइन एक नरम सिलिकॉन स्टांप के माध्यम से झिल्ली को सौंप दिया है, जिसमें एक मुद्रांकन तकनीक नामित पैड मुद्रण से शिकायत कर इलेक्ट्रोड की patterning प्रस्तुत करते हैं। लागू किया समाधान के लिए उन्हें बहुत लचीला और यांत्रिक घर्षण के लिए प्रतिरोधी और पहनने के लिए कर रही है, इस प्रकार elastomeric झिल्ली को मजबूत आसंजन के साथ ठीक इलेक्ट्रोड के लिए अग्रणी, आवेदन के बाद पार से जुड़े है, जो एक सिलिकॉन मैट्रिक्स में कार्बन ब्लैक का एक मिश्रण के होते हैं।

निम्नलिखित प्रोटोकॉल ठीक नमूनों अनुरूप इलेक्ट्रोड के साथ तेज और विश्वसनीय DEAS निर्माण के लिए आवश्यक सभी कदम का वर्णन है। इस इलेक्ट्रोड, विधानसभा, बिजली के कनेक्शन और परीक्षण की झिल्ली कास्टिंग और prestretching, patterning और संरेखण भी शामिल है। चित्रा 2 में दिखाया गया के रूप में वीडियो के प्रयोजन के लिए, हम एक गियर के आकार इलेक्ट्रोड के साथ एक सरल में विमान क्रियाकारक बनाना। क्रियाकारक दो अनुरूप इलेक्ट्रोड नमूनों हैं, जिस पर एक झिल्ली धारक पर फैला एक पतली सिलिकॉन झिल्ली के होते हैं। एक actuator फ्रेम तो नीचे इलेक्ट्रोड के लिए बिजली के संपर्क उपलब्ध कराने के लिए डाला जाता है। 3 actuator के विभिन्न घटकों के साथ विधानसभा की एक विस्फोट को देखने से पता चलता है। वीडियो में महसूस डिवाइस DEAS के बुनियादी सिद्धांत का प्रदर्शन परे कोई व्यावहारिक आवेदन किया है, विशिष्ट अनुप्रयोगों के उद्देश्य से विभिन्न प्रवर्तक, ऐसे में ठीक उसी प्रक्रिया का उपयोग किया गया है,आदि नरम grippers, ट्यून करने योग्य लेंस, ट्यून करने योग्य मिमी-लहर चरण shifters, के रूप में

Protocol

1. सिलिकॉन झिल्ली उत्पादन

  1. बलि परत कास्टिंग
    1. रोल से उच्च गुणवत्ता वाले 125 माइक्रोन मोटी पालतू जानवरों की एक 400 मिमी लंबी चादर कट।
    2. (वजन द्वारा isopropanol में 5% पाली एक्रिलिक एसिड) बलि समाधान तैयार: isopropanol के साथ 32 ग्राम और 50 मिलीलीटर की प्लास्टिक ट्यूब में पाली एक्रिलिक एसिड समाधान (पानी में 25%) की 8 ग्राम मिश्रण। अच्छी तरह से हिला।
    3. Isopropanol के साथ गर्भवती प्रकार का वृक्ष मुक्त पोंछे के साथ पीईटी सब्सट्रेट साफ करें।
    4. Isopropanol के साथ गर्भवती प्रकार का वृक्ष मुक्त पोंछे के साथ निर्वात मेज साफ करें।
    5. निर्वात मेज पर पीईटी सब्सट्रेट निर्धारित करना और वैक्यूम पंप पर बारी।
    6. दिखने में कोई बड़ी धूल कणों निर्वात मेज और पीईटी सब्सट्रेट के बीच फंस रहे हैं कि यह सुनिश्चित करने के लिए वैक्यूम तालिका का निरीक्षण किया। धूल के कणों की पहचान कर रहे हैं, तो पिछले सफाई चरणों को दोहराएँ।
    7. Isopropanol के साथ गर्भवती प्रकार का वृक्ष मुक्त पोंछे के साथ पीईटी सब्सट्रेट के ऊपर की सतह को साफ करें।
    8. प्रोफ़ाइल रॉड एक जगह5 मिमी / सेकंड के लिए स्वत: फिल्म coater और सेट कोटिंग गति पर pplicator।
    9. प्रोफ़ाइल रॉड के सामने बलि परत समाधान के 2 मिलीलीटर रखो और coater मशीन शुरू करते हैं।
    10. प्रोफ़ाइल रॉड coater से बाहर पीईटी सब्सट्रेट लिफ्ट यह के अंत पर पहुंच गया और एक प्रकार का वृक्ष मुक्त गर्म पानी में भिगो पोंछ साथ पोंछते से यह साफ हो गया है।
    11. फिल्म अपप्लिकेर वापस लेना लेकिन वैक्यूम पंप चल छोड़ दो और वैक्यूम प्लेट पर पीईटी सब्सट्रेट छोड़ दें। 2 मिनट के लिए हवा में परत शुष्क करते हैं।
  2. सिलिकॉन झिल्ली कास्टिंग
    1. 80 डिग्री सेल्सियस के लिए पहले से गरम ओवन।
    2. सिलिकॉन आधार की 15 ग्राम और एक मिश्रण का बर्तन को पार linker के 1.5 ग्राम जोड़ें। चिपचिपाहट कम करने के लिए सिलिकॉन विलायक के 10 ग्राम जोड़ें।
    3. एक ग्रहों मिक्सर के साथ सिलिकॉन मिश्रण मिलाएं। 2200 rpm पर 2,000 rpm पर एक 2 मिनट मिश्रण चक्र के साथ साथ एक 2 मिनट degassing के चक्र का प्रयोग करें।
    4. 225 माइक्रोन के लिए सार्वभौमिक अपप्लिकेर की ऊंचाई निर्धारित करें। पीईटी चादर के शीर्ष और सेट टी में अपप्लिकेर रखेंवह 3 मिमी / सेकंड के लिए अपप्लिकेर गति फिल्म।
    5. स्थानांतरण एक सिरिंज के साथ पीईटी सब्सट्रेट करने पर मिश्रण बर्तन से सिलिकॉन मिश्रण के 15 मिलीलीटर।
    6. पूरा पीईटी सब्सट्रेट (चित्रा -4 ए) से अधिक सिलिकॉन लागू करने के लिए स्वत: अपप्लिकेर शुरू करो।
    7. पंप बंद कर दें और 5 मिनट के कलाकारों परत से विलायक लुप्त हो जाने के लिए प्रतीक्षा करें।
    8. 80 डिग्री सेल्सियस पर 30 मिनट के लिए ओवन में एक कांच की प्लेट और जगह पर झिल्ली स्थानांतरण।
    9. Isopropanol के साथ गर्भवती प्रकार का वृक्ष मुक्त पोंछे के साथ applicator और वैक्यूम प्लेट साफ करें।
    10. 30 मिनट के बाद, ओवन से झिल्ली को हटा दें contaminants से सतह की रक्षा करने के लिए एक पतली पीईटी पन्नी के साथ एक और 5 मिनट के लिए आरटी पर शांत और कवर करने के लिए छोड़ दें।

Elastomeric झिल्ली के 2 रिलीज और Prestretching

  1. Prestretch समर्थन निर्माण
    1. सूखी सिलिकॉन हस्तांतरण चिपकने के रोल से एक A4 आकार आयत काटें।
    2. एक ओ हटायेमैन्युअल सुरक्षात्मक सूखी सिलिकॉन हस्तांतरण चिपकने से शामिल किया गया और च आवेदन के दौरान बुलबुले के गठन से बचने के ख्याल रख रही है, एक A4 पारदर्शिता फिल्म पर चिपकने वाला लागू होते हैं।
    3. एक कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण (सीएनसी) लेजर उकेरक निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार (चित्रा 4 बी) का उपयोग चिपकने से ढके पारदर्शिता फिल्म में prestretch समर्थन पैटर्न में कटौती।
  2. झिल्ली समर्थन निर्माण
    1. सूखी सिलिकॉन हस्तांतरण चिपकने के रोल में 290 मिमी आयत से एक 500 मिमी कट।
    2. पील दूर सूखी सिलिकॉन हस्तांतरण चिपकने से सुरक्षा कवर में से एक है और एक 3 मिमी मोटी पाली (मिथाइल methacrylate) पर पन्नी टुकड़े टुकड़े (PMMA) थाली।
    3. PMMA फ्रेम में, व्यास के बाहर 52 मिमी और झिल्ली धारकों के रूप में काम करेगा कि व्यास के अंदर 44 मिमी की कटौती की घंटी बजती।
  3. झिल्ली रिलीज
    1. हलकों में व्यास में 55 मिमी चरण 1 से डाली सिलिकॉन झिल्ली / पीईटी सब्सट्रेट सैंडविच कटeter निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार एक सीएनसी लेजर उकेरक (चित्रा 4 बी) का उपयोग कर और सुरक्षात्मक फिल्म दूर छील।
    2. चिपकने वाला सिलिकॉन की सतह (चित्रा 4C) के साथ संपर्क में है कि इस तरह के नीचे कट सिलिकॉन झिल्ली चक्र चिपकने वाला पक्ष पर समर्थन करते हैं prestretch लेजर कट ठीक करें।
    3. उबलते पानी की एक स्नान को तैयार है और इसे में विधानसभा (सिलिकॉन झिल्ली और चिपकने वाला समर्थन) डूब।
    4. जलमग्न नदीम, और धीरे धीरे पीईटी सब्सट्रेट दूर सिलिकॉन झिल्ली (चित्रा 4D) से छील।
    5. नहाने के पानी से सिलिकॉन झिल्ली निकालें और हवा में इसे सूखा या गति अप करने के लिए सुखाने की प्रक्रिया एक नाइट्रोजन बंदूक का उपयोग करें।
  4. झिल्ली मोटाई माप और prestretch
    1. निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार एक संचरण व्यकिकरणमीटर साथ झिल्ली की मोटाई मापने।
    2. 45 मिमी की एक व्यास के prestretcher निर्धारित करें, और prestr जगहस्ट्रेचर उंगलियों पर खोदना समर्थन-सिलिकॉन झिल्ली, नीचे चिपकने वाला पक्ष।
    3. स्ट्रेचर उंगलियों (चित्रा 4E) के बीच prestretch समर्थन कट।
    4. सम-biaxially prestretcher वलय विरोधी दक्षिणावर्त (चित्रा 5) घूर्णन द्वारा एक कारक 1.3 (30% prestretch) द्वारा झिल्ली prestretch को 58.5 मिमी के लिए prestretcher के व्यास बढ़ाएँ।
    5. चिपकने वाला प्रकाश में लाने PMMA झिल्ली धारक से कवर फिल्म निकालें और prestretched झिल्ली सतह (चित्रा 4F) पर PMMA झिल्ली धारक चिपके रहते हैं।
    6. स्ट्रेचर से prestretched झिल्ली को दूर करने की झिल्ली धारक के आसपास कट।
    7. एक संचरण व्यकिकरणमीटर साथ prestretched झिल्ली के अंतिम मोटाई मापने।

पैड प्रिंटिंग द्वारा 3. patterning के अनुरूप इलेक्ट्रोड्स

  1. प्रवाहकीय स्याही तैयारी
    1. एक 125 मिलीलीटर की प्लास्टिक मिक्सर कंटेनर में, डब्ल्यू काले 0.8 ग्राम कार्बन जगहith 16 ग्राम isopropanol और 12 मिमी व्यास के 6 इस्पात गेंदों। एक ग्रहों मिक्सर में 10 मिनट के लिए 2,000 rpm पर मिलाएं।
    2. 4 जी सिलिकॉन elastomer भाग ए, 4 जी हिस्सा बी, और 16 ग्राम isooctane जोड़ें। एक ग्रहों मिक्सर में 10 मिनट के लिए 2,000 rpm पर मिलाएं।
  2. पैड छपाई मशीन का सेटअप
    1. चुंबकीय ब्लॉक (चित्रा 4 जी) पर वांछित इलेक्ट्रोड पैटर्न के साथ क्लिच स्थापित करें।
    2. प्रवाहकीय सिलिकॉन आधारित स्याही के साथ inkcup भरें।
    3. स्याही से भरे inkcup के शीर्ष पर क्लिच ब्लॉक (चुंबकीय ब्लॉक पर तय क्लिच) प्लेस और मशीन में विधानसभा स्थापित करें।
    4. मशीन पर सिलिकॉन पैड को ठीक करें।
  3. संरेखण
    1. प्रिंटर आधार पर एलाइनर प्लेट (चित्रा 4H) रखें।
    2. निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार एलाइनर प्लेट पर इलेक्ट्रोड डिजाइन लागू होगी जो पैड छपाई मशीन पर एक प्रिंटिंग चक्र आरंभ।
    3. नेत्रहीनमुद्रित इलेक्ट्रोड के ओवरलैप और एलाइनर प्लेट की नक्काशी की गयी संदर्भ संरचना का निरीक्षण किया। किसी भी misalignment के लिए सही करने के लिए XY-θ चरण ले जाएँ।
    4. एलाइनर प्लेट साफ और एक अन्य इलेक्ट्रोड प्रिंट।
    5. नेत्रहीन संदर्भ संरचना के साथ संरेखण निरीक्षण किया और आप संदर्भ संरचना (चित्रा 4H) पर मुद्रित पैटर्न का एक आदर्श superposition प्राप्त जब तक मंच स्थिति और मुद्रण इलेक्ट्रोड चलती जारी है।
  4. शिकायत इलेक्ट्रोड मुद्रण
    1. प्रिंटर आधार पर एक prestretched झिल्ली रखें।
    2. पैड छपाई मशीन पर, झिल्ली ऊपर की ओर (चित्रा 4I) पर इलेक्ट्रोड टिकट के लिए एक मुद्रण चक्र का शुभारंभ। के बारे में 4 माइक्रोन की पर्याप्त इलेक्ट्रोड मोटाई सुनिश्चित करने के लिए दो बार झिल्ली टिकट।
    3. , प्रिंटर आधार से झिल्ली निकालें प्रिंटर आधार पर अगले prestretched झिल्ली जगह और सभी prestretched मेम जब तक छपाई प्रक्रिया को दोहरानेbranes मुहर लगाई जाती है।
    4. 30 मिनट के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में मुहर लगी इलेक्ट्रोड के साथ झिल्ली रखें।
    5. 30 मिनट के बाद, ओवन से झिल्ली को हटा दें।
    6. उल्टा प्रिंटर आधार पर मुद्रित झिल्ली में से एक, झिल्ली पीछे की ओर प्रकाश में लाने रखें।
    7. पैटर्न के नीचे इलेक्ट्रोड एक प्रिंटिंग चक्र आरंभ।
    8. , प्रिंटर आधार से झिल्ली निकालें प्रिंटर आधार पर अगले झिल्ली जगह और सभी झिल्ली दोनों पक्षों पर मुहर लगाई जाती है जब तक छपाई की प्रक्रिया को दोहराएँ।
    9. पार से लिंक करने के लिए 30 मिनट के नीचे इलेक्ट्रोड के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में झिल्ली रखें।

4. विद्युत कनेक्शन बनाने

  1. झिल्ली धारक (सीएफ 2.2) के लिए इस्तेमाल एक ही PMMA थाली में actuator के लिए फ्रेम पकड़े एक सीएनसी लेजर उकेरक उपयोग कर के रूप में काम करेगा कि कट क्रियाकारक फ्रेम।
  2. पील-ऑफ क्रियाकारक फ्रेम के शीर्ष पर चिपकने के समर्थन।
  3. नीचे इलेक्ट्रोड के साथ संपर्क में आते हैं, और बिजली के संपर्क उपलब्ध कराने के लिए फ्रेम के पक्ष को गुना होगा कि क्रियाकारक फ्रेम (चित्रा 3) की ओर से प्रवाहकीय टेप की एक 18 मिमी x 2.5 मिमी टुकड़ा लागू करें।
  4. झिल्ली धारक अंदर क्रियाकारक फ्रेम स्लाइड, और धीरे क्रियाकारक फ्रेम के चिपकने के लिए छड़ी करने के लिए उंगलियों के साथ झिल्ली दबाएँ।
  5. एक छुरी के साथ, झिल्ली धारक और actuator फ्रेम के बीच सीमा पर झिल्ली में कटौती और पूर्व हटा दें।
  6. शीर्ष इलेक्ट्रोड का संपर्क क्षेत्र पर 18 मिमी x 2.5 मिमी प्रवाहकीय टेप का एक दूसरा टुकड़ा लागू करें।
  7. एक बिजली के कनेक्शन बनाने के लिए प्रवाहकीय टेप के एक टुकड़े पर एक तार रखें। एक उच्च वोल्टेज स्रोत के लिए दो तारों को जोड़ने, और 2 केवी आयाम की एक 2 हर्ट्ज वर्ग संकेत लागू होते हैं। डिवाइस की आवधिक विस्तार को ध्यान से देखें।

Representative Results

सिलिकॉन झिल्ली कास्टिंग

सिलिकॉन झिल्ली पीईटी सब्सट्रेट से जारी कर रहे हैं और (2.2 कदम के अंत में) एक फ्रेम पर freestanding कर रहे हैं, उनकी मोटाई 6 चित्रा। संचरण इंटरफेरोमेट्री द्वारा उदाहरण के लिए, मापा चौड़ाई में एक सिलिकॉन परत की मोटाई एकरूपता से पता चलता किया जा सकता 1 मिमी / सेकंड की गति कास्टिंग पर 3 अलग प्रभावी खाई हाइट्स (50, 100 और 150 माइक्रोन) के लिए 200 मिमी पीईटी सब्सट्रेट (कृपया ध्यान अपप्लिकेर पीईटी सब्सट्रेट की तुलना में व्यापक है क्योंकि उस पर अपप्लिकेर बाकी के पैर चित्रा -4 ए में देखा जा सकता है के रूप में पीईटी सब्सट्रेट पर ही शून्य और नहीं,। applicator और सब्सट्रेट के बीच प्रभावी खाई अपप्लिकेर ऊंचाई शून्य से पीईटी सब्सट्रेट की मोटाई के लिए इसलिए बराबर है। 125 माइक्रोन के उदाहरण के लिए एक पालतू सब्सट्रेट और प्रोटोकॉल में इस्तेमाल के रूप में 225 माइक्रोन का एक applicator ऊंचाई,) 100 माइक्रोन का एक प्रभावी खाई की ओर जाता है। के लिए50 माइक्रोन प्रभावी खाई ऊंचाई, सिलिकॉन परत के बाएँ और दाएँ पक्ष के बीच एक स्पष्ट ऊंचाई अंतर नहीं है। अपप्लिकेर की ऊंचाई बाएँ और दाएँ पक्ष पर मैन्युअल रूप से सेट किया जाना चाहिए, क्योंकि यह वह जगह है, और कुछ त्रुटि अपरिहार्य है। हालांकि अपप्लिकेर से सावधान की स्थापना के साथ, हम आम तौर पर 100 माइक्रोन प्रभावी खाई ऊंचाई (σ = 0.81 माइक्रोन) के लिए मामला है, जिसमें कम से कम 1 माइक्रोन की मोटाई के मानक विचलन, झिल्ली के साथ प्राप्त करते हैं। अपप्लिकेर ऊंचाई बहुत बड़ा हो जाता है जब 150 माइक्रोन (चित्रा 6) के एक प्रभावी अंतर के साथ डाली झिल्ली में दिखाई दे रहा है, के रूप में waviness, सिलिकॉन मिश्रण में विलायक के वाष्पीकरण की वजह से झिल्ली, पर प्रकट करने के लिए शुरू होता है।

प्राप्त सूखी फिल्म मोटाई और applicator ऊंचाई के बीच संबंध सिलिकॉन मिश्रण और कास्टिंग की गति पर निर्भर करता है। इस लेख में इस्तेमाल सिलिकॉन मिश्रण एक 2 भागों सिलिकॉन के होते हैं, और एक विलायक छठी कम करने के लिएमिश्रण के scosity। विलायक इलाज से पहले झिल्ली से evaporates के रूप में, फिल्म मोटाई के एक अनुमान के सिलिकॉन मिश्रण में ठोस की मात्रा अंश से प्रभावी खाई ऊंचाई गुणा करके प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि, एक meniscus के सृजन और उम्मीद की तुलना में एक पतली मोटाई प्रमुख applicator का अनुगामी पर गतिशील प्रभाव, देखते हैं। खाई ऊंचाई और जिसके परिणामस्वरूप सूखी झिल्ली मोटाई के बीच संबंध कास्टिंग गति, अपप्लिकेर ऊंचाई पर निर्भर करता है, और applicator आकार से। चित्रा 7 इन मानकों को प्रभावित दिखाने के लिए कैसे झिल्ली अलग गति और ऊंचाई पर डाल रहे थे, जहां एक प्रयोग के परिणामों से पता चलता है सूखी फिल्म की मोटाई। यह उच्च गति पर कास्टिंग पतली झिल्ली की ओर जाता है कि, और गति के प्रभाव की खाई को ऊंचाई बढ़ जाती है के रूप में और अधिक स्पष्ट हो जाता है कि देखा जा सकता है।

प्रवर्तन प्रदर्शन

यहां गढ़े क्रियाकारक measur के द्वारा होती हैलागू वोल्टेज के एक समारोह के रूप में दांत की तरह इलेक्ट्रोड के बाहर व्यास हैैं। एक निर्धारित स्टैंड पर एक कैमरा वोल्टेज बढ़ जाती है के रूप में actuator की तस्वीरें लेने के लिए प्रयोग किया जाता है। छवियों actuator के विस्तार यों के लिए एक छवि प्रसंस्करण लिपि (विजन, नेशनल इंस्ट्रूमेंट्स) के साथ विश्लेषण कर रहे हैं। इस इलेक्ट्रोड की तरह दांत के बाहर परिधि के लिए एक वृत्त (8 चित्रा) ढाले द्वारा किया गया था। राज्य आराम से वृत्त के व्यास में वृद्धि (यानी, जब आराम actuator के व्यास से विभाजित actuated व्यास) व्यास खिंचाव के रूप में प्रस्तुत किया है। समान मोटाई (34.5 माइक्रोन) की दो अलग-अलग actuators के परिणाम 8 चित्रा में दिखाए जाते हैं। दोनों उपकरणों 4 केवी के एक प्रवर्तन वोल्टेज में 10% की व्यास खिंचाव के साथ इसी तरह से प्रदर्शन करते हैं।

actuator की प्रतिक्रिया की गति के बारे में 4% की एक नस्ल के लिए अग्रणी, 3 केवी का एक 2 हर्ट्ज वर्ग संकेत लगाने से मापा गया था। actu का विस्तारअभिनेता 0.25 मिसे के एक समय के संकल्प के साथ एक उच्च गति कैमरा के साथ फिल्माया गया था। एक बढ़ती बढ़त के बाद वोल्टेज ट्रिगर से पहले 200 फ्रेम (50 मिसे), और 200 फ्रेम के साथ कब्जा कर लिया गया था। तो समय पर निर्भर विरूपण को निकालने के लिए विश्लेषण किया जहां छवियों (9 चित्रा)। उदय के समय (अंतिम विरूपण के 90% तक पहुँचने के लिए आवश्यक समय) 3.75 मिसे है, और जिसके लिए के समय वृद्धि एक्रिलिक इलास्टोमर, झिल्ली के रूप में उपयोग किया जाता है जब मनाया जाता है के विपरीत कोई नमूदार viscoelastic रेंगना, पहले और वोल्टेज कदम के बाद वहाँ है सेकंड के कई सैकड़ों आमतौर पर 12 मनाया जाता है।

अन्य उपकरणों के लिए प्रक्रिया प्रवाह के आवेदन

इस लेख में निर्मित क्रियाकारक हमारे निर्माण की प्रक्रिया, साथ ही एक वोल्टेज के आवेदन पर इलेक्ट्रोड की सतह क्षेत्र में वृद्धि के साथ एक डीईए के बुनियादी कामकाज सिद्धांत को दर्शाता है, और इसलिए इस ट्यूटोरियल के लिए एक अच्छा उदाहरण है। हालांकि, इसक्रियाकारक एक डीईए के प्रवर्तन सिद्धांत का प्रदर्शन के अलावा अन्य कोई विशेष उद्देश्य है। फिर भी, यहाँ प्रस्तुत की प्रक्रिया बहुत बहुमुखी है और विशिष्ट अनुप्रयोगों के उद्देश्य से नरम ट्रांसड्यूसर की एक विस्तृत विविधता का निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। हम यहाँ हम actuators के आधार पर प्रस्तुत पद्धति का उपयोग कर निर्मित है कि विकसित अनुप्रयोगों के कुछ चयनित उदाहरण प्रस्तुत करते हैं।

शीतल जैव प्रेरित ट्यून करने योग्य लेंस (चित्रा 10A) निर्मित किया गया है। ये कम से कम 200 μsec 9 में 20% से फोकल लंबाई को बदलने में सक्षम हैं। डिवाइस पर्याप्त सामग्री और अच्छा निर्माण प्रक्रियाओं के संयोजन तेजी से प्रतिक्रिया की गति और लंबे जीवन काल के साथ DEAS में परिणाम जो दिखाता है कि प्रवर्तन प्रदर्शन में उल्लेखनीय कमी के बिना 400 से अधिक लाख चक्र के लिए प्रेरित किया जा सकता है। इसी तरह की ज्यामिति के लेंस लेकिन VHB एक बैंडविड्थ छोटे परिमाण के अधिक से अधिक 3 आदेश दिया है व्यापक रूप से इस्तेमाल वाणिज्यिक एक्रिलिक इलास्टोमेर का उपयोग किया

पैड मुद्रण के साथ शिकायत कर इलेक्ट्रोड patterning इस प्रकार एक ही झिल्ली पर स्वतंत्र छोटे पैमाने पर इलेक्ट्रोड का निर्माण, सक्रिय करने के बहुत ठीक से परिभाषित इलेक्ट्रोड बनाने की अनुमति देता है। इस तीन विद्युत स्वतंत्र इलेक्ट्रोड (चित्रा 10B) शामिल एक डीईए आधारित रोटरी मोटर के निर्माण के माध्यम से प्रदर्शन किया, उदाहरण के लिए है। मोटर के केंद्र में अक्ष और सबूत बड़े पैमाने पर 1500 rpm 13 पर स्पिन कर सकते हैं। मोटर अवधारणा को भी विश्वसनीय actuators के उत्पादन कर सकते हैं कि पैड मुद्रण दिखाने के लिए आगे धकेल दिया गया है। एक स्वयं commutating रोलिंग रोबोट एक परिपत्र ट्रैक (चित्रा 10C) के साथ गोद चलाने के लिए बनाया गया था। रोबोट 15 सेमी / सेकंड 13 के एक औसत गति 25 से अधिक किलोमीटर की यात्रा की।

वर्तमान प्रक्रिया (या उसके मामूली बदलाव) के साथ उत्पादन किया गया है कि अन्य अनुप्रयोगों विरूप्य सेल संस्कृति प्रणालियों 14, ढांकता हुआ इलास्टोमेर जनरेटर शामिल 16, या ट्यून करने योग्य मिमी-लहर रेडियो आवृत्ति चरण shifters 17।

आकृति 1
अचालक इलास्टोमेर actuators के चित्रा 1. बेसिक सिद्धांत शीर्ष पर:। इसकी सबसे सरल रूप में (1 ए), एक डीईए दो अनुरूप इलेक्ट्रोड के बीच बैठा एक नरम इलास्टोमेर झिल्ली के होते हैं। एक डीसी वोल्टेज इलेक्ट्रोड के बीच लागू किया जाता है इलेक्ट्रोड एक मोटाई में कमी और एक सतह विस्तार के लिए अग्रणी झिल्ली निचोड़ कि एक compressive तनाव बना पर (1 बी), इलेक्ट्रोस्टैटिक आरोप लाया। नीचे: (2 ए) प्रोटोकॉल में वर्णित क्रियाकारक एक फ्रेम पर फैला एक झिल्ली के होते हैं। परिपत्र इलेक्ट्रोड बिजली के कनेक्शन के लिए अनुमति देने के लिए झिल्ली की सीमा के विस्तार के साथ झिल्ली के दोनों तरफ हैं। सक्रिय ए.आर.ईए दो इलेक्ट्रोड ओवरलैप जहां क्षेत्र, यानी, केंद्र में चक्र है। एक वोल्टेज लागू किया जाता है (2 बी), विद्युत बल झिल्ली compresses। इस सक्रिय क्षेत्र में झिल्ली मोटाई की कमी है, और इलेक्ट्रोड की सतह की वृद्धि का कारण बनता है। झिल्ली prestretched है, क्योंकि इलेक्ट्रोड के आसपास निष्क्रिय क्षेत्र केंद्रीय सक्रिय क्षेत्र के विस्तार को समायोजित करने के लिए आराम। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
। चित्रा इस प्रोटोकॉल में गढ़े 2. प्रदर्शक क्रियाकारक वाम: एक फ्रेम पर तय की एक बढ़ाकर सिलिकॉन झिल्ली जिसमें समाप्त डिवाइस, आज्ञाकारी इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी दोनों झिल्ली के पक्ष, और बिजली के कनेक्शन पर नमूनों। रीght: बाकी राज्य (काला) दिखा समग्र तस्वीर और सक्रिय राज्य (सियान)। संरचना के व्यास में एक 10% वृद्धि इलेक्ट्रोड भर में लागू किया 4 केवी के साथ मनाया जाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. actuator के दृश्य विस्फोट हो गया। इस वीडियो में निर्मित क्रियाकारक कि फार्म विभिन्न घटकों। झिल्ली धारक prestretched सिलिकॉन झिल्ली बरकरार रखती है और इलेक्ट्रोड मुद्रण चरण के दौरान झिल्ली में हेरफेर करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इलेक्ट्रोड ठीक हो जाता है एक बार, प्रवर्तक फ्रेम झिल्ली धारक के अंदर डाला और actuator धारण करने के लिए एक संरचनात्मक फ्रेम, और नीचे इलेक्ट्रोड के लिए एक बिजली के संपर्क दोनों प्रदान करता है। झिल्ली क्रियाकारक फ्रेम करने के लिए तय हो जाने के बाद, मुझेmbrane धारक हटाया जा सकता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
निर्माण की प्रक्रिया की चित्रा 4. अवलोकन। एक स्वत: फिल्म अपप्लिकेर coater का उपयोग कर सिलिकॉन झिल्ली (ए) कास्टिंग। ठीक सिलिकॉन झिल्ली और prestretch का समर्थन करता है (बी) लेजर काटने। (सी) prestretch समर्थन पर सिलिकॉन झिल्ली के रखने। गर्म पानी में Paa बलि परत के भंग द्वारा पीईटी सब्सट्रेट से सिलिकॉन झिल्ली का विमोचन (डी)। उंगलियों को जोड़ने prestretch समर्थन वर्गों (ई) काटना। (एफ) Prestretch और झिल्ली की सतह के लिए झिल्ली धारक का पालन कर। (G) क्लिच cond के साथ भराuctive स्याही। (एच) लेजर इनसेट आंकड़ा एक अच्छी तरह से गठबंधन इलेक्ट्रोड का उदाहरण दिखाता है, इलेक्ट्रोड एलाइनर etched। (मैं) सिलिकॉन झिल्ली मुद्रांकित इलेक्ट्रोड के साथ। (जे) समाप्त डिवाइस। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
झिल्ली prestretcher की चित्रा 5. ऑपरेटिंग सिद्धांत। (ए) कई धातु उंगलियों एक प्लास्टिक वलय से जुड़े होते हैं और उनकी लंबाई के साथ एक रेखीय (रेडियल) फैशन में स्थानांतरित करने के लिए विवश कर रहे हैं। वलय circumferentially स्थानांतरित करने के लिए विवश है। प्लास्टिक वलय उंगलियों की धातु पिन रहते हैं, जो इसे में machined स्लॉट, कई घुमावदार है। उंगलियों के किनारे bounding एक वृत्त की त्रिज्या आर 1(बी) prestretcher वलय उंगली bounding चक्र की परिधि में वृद्धि, वामावर्त, उंगलियों के साथ-साथ अनुवाद कर घुमाया आर 2 को आर 1 से किनारों को जाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
Casted सिलिकॉन परतों की चित्रा 6 मोटाई एकरूपता। 200 मिमी पीईटी सब्सट्रेट की चौड़ाई में ठीक हो सिलिकॉन झिल्ली की मोटाई माप, अपप्लिकेर के तीन अलग अलग खाई सेटिंग्स के लिए। कास्टिंग गति 1 मिमी / सेकंड है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

सामग्री "के लिए: रख-together.within-पेज =" हमेशा "> चित्रा 7
कास्टिंग मापदंडों के एक समारोह के रूप में 7. सूखी फिल्म मोटाई चित्रा। सूखी फिल्म मोटाई मात्रा से 62% ठोस सामग्री के साथ एक सिलिकॉन विलायक मिश्रण के लिए अलग अपप्लिकेर हाइट्स और गति के लिए प्राप्त की। एक उच्च गति बराबर अपप्लिकेर सेटिंग्स के लिए पतली झिल्ली की ओर जाता है, और बढ़ती झिल्ली मोटाई के साथ गति बढ़ जाती है के प्रभाव। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आंकड़ा 8
चित्रा प्रदर्शक 8. Actuation। 34.5 माइक्रोन की (prestretch के बाद) मोटाई के साथ दो उपकरणों के लिए लागू वोल्टेज के एक समारोह के रूप में बाहर व्यास खिंचाव। के बारे में एक के व्यास की वृद्धि हुई है0% अधिक से अधिक लागू वोल्टेज पर मनाया जाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

9 चित्रा
एक वोल्टेज कदम इनपुट के लिए 9 चित्रा तनाव प्रतिक्रिया। एक वर्ग, 3 केवी 2 हर्ट्ज संकेत के बारे में 4% (8 चित्रा देखें) के एक तनाव पैदा करने, डिवाइस के लिए लागू किया जाता है। क्षेत्र के विस्तार के लिए प्रति सेकंड 4,000 फ्रेम में एक उच्च गति कैमरा के साथ मनाया जाता है। क्रियाकारक अपने अंतिम आयाम का 90% तक पहुँच करने के लिए यह कम से कम 4 मिसे लेता है। संक्रमण के बाद, actuator के आयाम स्थिर रहने और viscoelastic रेंगना नहीं दिखा है और इससे पहले कि। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।


प्रस्तुत प्रक्रिया प्रवाह के साथ किए गए 10 ढांकता हुआ इलास्टोमेर actuators चित्रा। इस दस्तावेज़ में वर्णित पद्धति का पालन करके बनाया अचालक इलास्टोमेर actuators के तीन उदाहरण हैं। कम से कम 200 μsec में 20% द्वारा अपने फोकल लंबाई को बदलने में सक्षम (ए) फास्ट और मुलायम ट्यून करने योग्य लेंस। 1500 rpm पर कताई करने में सक्षम (बी) के रोटरी इलास्टोमेर सूक्ष्म मोटर। (सी) स्व-commutating रोलिंग रोबोट। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

इस प्रकार के रूप निर्माण की प्रक्रिया में संक्षेप किया जा सकता है। झिल्ली की ढलाई के लिए इस्तेमाल पीईटी सब्सट्रेट पर एक पानी में घुलनशील बलि परत को लागू करने से शुरू करते हैं। इस संभावित झिल्ली को नुकसान पहुंचा सकता है कि जारी प्रक्रिया के दौरान अत्यधिक विरूपण से बचा जाता है। सिलिकॉन तो एक पतली परत में casted और एक ओवन में ठीक हो जाता है। सिलिकॉन कोटिंग के साथ ए 4 पीईटी चादर 55 मिमी व्यास के परिपत्र डिस्क में कटौती, और लचीला prestretch का समर्थन करने के लिए अटक गई है। prestretch समर्थन बलि परत रिहाई और prestretching चरणों के दौरान झिल्ली में हेरफेर करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। पीईटी सब्सट्रेट से झिल्ली को अलग करने के लिए, यह बलि परत भंग करने के लिए गर्म पानी में डूबा हुआ है। यह प्रक्रिया झिल्ली काफी उस पर खींचने के लिए बिना रिहा होने की अनुमति देता है। झिल्ली freestanding है एक बार, यह prestretched जा सकता है। Prestretching यंत्रवत् फ्रेम धारण करने पर यह तय करने से पहले में विमान झिल्ली खींच में होते हैं। इस चरण में उत्पन्नऐसे प्रदर्शक के रूप में तेहरा तन्यता झिल्ली में सेना और में विमान अचालक इलास्टोमेर actuators के लिए आवश्यक है, यहाँ का उत्पादन किया जा रहा। प्रोटोकॉल में, हम सम-द्विअक्षीय दोनों में विमान दिशाओं में, यानी, एक समान खींच मूल्य खींच उपयोग करें। हालांकि, आवेदन के आधार पर अलग अलग prestretching विन्यास ऐसे अक्षीय (झिल्ली दूसरी दिशा में आराम करने के लिए अनुमति दी है, जबकि केवल एक्स या वाई साथ खींच), या अनिसोट्रोपिक (एक्स और वाई-साथ विभिन्न मूल्यों) के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता।

एक तकनीक बुलाया पैड मुद्रण ठीक पैटर्न के लिए ठीक झिल्ली पर मिमी आकार इलेक्ट्रोड को परिभाषित करने की अनुमति देता है जो prestretched सिलिकॉन झिल्ली, पर एक शिकायत इलेक्ट्रोड प्रयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में, स्याही एक क्लिच (डिजाइन झिल्ली 13 को हस्तांतरित किए जाने से पहले etched है मुद्रित, और बाद में एक चिकनी सिलिकॉन स्टांप द्वारा क्लिच से उठाया जाएगा, जिस पर एक स्टील प्लेट) पर एक डॉक्टर ब्लेड के साथ लागू किया जाता है। कभीY डिजाइन अपनी खुद क्लिच की आवश्यकता है। ये ज्यामिति के एक इलेक्ट्रॉनिक ड्राइंग से उन्हें उपज है, जो विशेष कंपनियों से आदेश दिया जा सकता है। एक stretchable प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड बनाने के लिए, एक polymeric मैट्रिक्स 18,19 में पाउडर फैलाने homogenously कार्बन ब्लैक के संकुलन तोड़ने के लिए और करने के लिए एक अच्छी तरह से जाना जाता है तकनीक है जो गेंद मिलिंग, का उपयोग कर कतरनी बलों द्वारा एक सिलिकॉन मैट्रिक्स में कार्बन ब्लैक फैलाने।

जब मुद्रण, यह डिजाइन झिल्ली फ्रेम करने के लिए एक सटीक स्थिति और उन्मुखीकरण रिश्तेदार के साथ छपी है कि महत्वपूर्ण है। ऐसा करने के लिए, एक सटीक XY-θ चरण और एक एलाइनर का उपयोग करें। एलाइनर झिल्ली फ्रेम के रूप में एक ही आकार में PMMA का एक टुकड़ा है और एक सीएनसी लेजर उकेरक का उपयोग कर इसकी सतह पर etched इलेक्ट्रोड डिजाइन किया है। झिल्ली पर मुद्रण से पहले हम संरेखण की जाँच करने के संरेखण प्लेट पर प्रिंट। मुद्रित डिजाइन etched डिजाइन मैच नहीं करता है तो हम दो डिजाइन overl तक XY-θ मंच समायोजितएपी (चित्रा 4H)। प्रोटोकॉल में, ऊपर और नीचे इलेक्ट्रोड एक ही डिजाइन किया है, इसलिए पैड छपाई मशीन दो इलेक्ट्रोड के अनुप्रयोगों के बीच अछूता नहीं छोड़ा जा सकता है। हालांकि, कुछ मामलों में, इलेक्ट्रोड geometries के ऊपर और नीचे इलेक्ट्रोड के लिए अलग-अलग हैं। झिल्ली (कदम 3.4.3 और 3.4.4 के बीच, यानी) शीर्ष इलेक्ट्रोड के इलाज के लिए ओवन में हैं, जबकि उस मामले में, यह जगह में आयोजित क्लिच ब्लॉक (क्लिच से मिलकर विधानसभा को दूर करने के लिए आवश्यक है पैड छपाई मशीन से inkpot के साथ एक चुंबकीय ब्लॉक) पर। फिर, स्थापित क्लिच नीचे इलेक्ट्रोड डिजाइन के साथ एक के लिए विमर्श किया जाना चाहिए। क्लिच ब्लॉक ले जाया गया है, क्योंकि यह दूसरे इलेक्ट्रोड के डिजाइन के साथ etched एक एलाइनर प्लेट का उपयोग कर एक नया संरेखण प्रक्रिया (3.3 कदम) का संचालन करने के लिए आवश्यक है। दोनों इलेक्ट्रोड लागू कर रहे हैं, वे च प्रभार है कि आपूर्ति के लिए एक बाहरी ड्राइविंग सर्किट से जुड़े होने की जरूरत हैया प्रवर्तन। शिकायत इलेक्ट्रोड और ड्राइविंग इलेक्ट्रॉनिक्स के बीच बिजली के कनेक्शन बनाने के लिए अलग अलग समाधान कर रहे हैं। इधर, प्रोटोटाइप के लिए अच्छी तरह से अनुकूल एक विधि चिपकने से ढके फ्रेम और प्रवाहकीय टेप (चित्रा 3) का उपयोग करते हुए दिखाया गया है। बैच उत्पादन के लिए, तांबा पैड इलेक्ट्रोड से संपर्क करने के साथ मुद्रित सर्किट बोर्डों के उपयोग के लिए एक बेहतर विकल्प (एक वाणिज्यिक पीसीबी के साथ किए गए एक डिवाइस का एक उदाहरण के लिए चित्रा 10A देखें)।

प्रक्रिया प्रवाह के कदम से ज्यादातर के लिए वाणिज्यिक उपकरण या उत्पादों का प्रयोग करें। दो अपवाद सिलिकॉन झिल्ली और prestretching कदम की मोटाई की माप कर रहे हैं। मोटाई माप के लिए, एक collimated सफेद प्रकाश स्रोत (स्थान आकार <1 मिमी) झिल्ली से गुजर और एक स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा एकत्र से मिलकर एक घर का बना सफेद प्रकाश संचरण व्यकिकरणमीटर का उपयोग करें। एक फू के रूप में प्रेषित प्रकाश की तीव्रता का हस्तक्षेप किनारे की अवधितरंग दैर्ध्य की nction झिल्ली 20 की मोटाई की गणना करने के लिए प्रयोग किया जाता है। अन्य तरीकों मोटाई मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि ध्यान दें, लेकिन वे गैर विनाशकारी होना चाहिए, और आदर्श संपर्करहित बहुत पतली झिल्ली विरूपण से बचने के लिए। झिल्ली के prestretching के लिए, त्रिज्यात विस्थापित किया जा सकता है, जो 8 धातु उंगलियों के होते हैं जो एक घर का बना रेडियल prestretcher, का उपयोग करें। Prestretch समर्थन स्ट्रेचर (चित्रा 4E) की उंगलियों के लिए अटक जा सकता है, ताकि एक झिल्ली prestretch करने के लिए, उंगलियों के अंदर की ओर चले गए हैं। झिल्ली prestretch करने के लिए, उंगलियों के इस प्रकार प्रभावी झिल्ली की prestretching-द्विअक्षीय सम करने के लिए अग्रणी, सिलिकॉन झिल्ली के व्यास बढ़ रही है, बाहर की ओर चले गए हैं। आठ उंगलियों जिसका रोटेशन उंगलियों के रेडियल जुदाई (चित्रा 5) को परिभाषित करता है एक वलय, से जुड़े हैं।

यहाँ प्रस्तुत एक महत्वपूर्ण है, जैसे कि एक कुशल और अच्छी तरह से स्थापित प्रक्रिया प्रवाह होनेमजबूत और विश्वसनीय हैं कि प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य उपकरणों के विनिर्माण के लिए। यह चुनने और आवेदन करने के लिए झिल्ली के गुण सिलाई की अनुमति देता है के रूप में पूर्व बनाया फिल्मों को खरीदने की तुलना में, पतली इलास्टोमेर झिल्ली कास्टिंग, ज्यादा डिजाइन स्वतंत्रता देता है। सिलिकॉन elastomers के मामले में उदाहरण के लिए, तोड़ने में कठोरता और बढ़ाव अलग श्रृंखला लंबाई और पार से जोड़ने के घनत्व के साथ उत्पादों का चयन करके चुना जा सकता है, और मोटाई कास्टिंग प्रक्रिया का समायोजन करके अलग किया जा सकता है। दूसरा बिंदु पूर्व बनाया फिल्मों के साथ संभव नहीं है, जो स्वतंत्र रूप से अंतिम झिल्ली मोटाई और prestretch चुनने के लिए उदाहरण के लिए अनुमति देता है।

सबसे उपकरणों ही झिल्ली पर सक्रिय और निष्क्रिय क्षेत्रों से मिलकर बनता है के रूप में की क्षमता एक छोटे पैमाने (उप मिमी के लिए सेमी) पर ठीक पैटर्न इलेक्ट्रोड के लिए, यह भी DEAS के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता है। इस इलेक्ट्रोड आकार ठीक झिल्ली पर परिभाषित किया जाना चाहिए कि निकलता है। इसके अलावा, इलेक्ट्रोड दोनों पक्षों पर लागू किया जाना चाहिए के रूप मेंएक ठीक से परिभाषित आकार के अलावा, इलेक्ट्रोड भी ठीक झिल्ली पर तैनात किया जाना चाहिए: झिल्ली के कारण, यह एक दूसरे के सापेक्ष दो इलेक्ट्रोड संरेखित करने के लिए आवश्यक है। यहाँ प्रस्तुत मुद्रांकन प्रक्रिया इन दोनों जरूरतों को पूरा करता है। केवल कुछ सेकंड के लिए एक इलेक्ट्रोड मुद्रित करने के लिए आवश्यक हैं के रूप में इसके अलावा, पैड मुद्रण एक तेजी से प्रक्रिया है, और actuators आसानी से बैच संसाधित इस पद्धति का उपयोग किया जा सकता है। मैन्युअल रूप से लागू व्यापक रूप से इस्तेमाल कार्बन तेल या ढीला पाउडर इलेक्ट्रोड के विपरीत, हमारे दृष्टिकोण ठीक वे लागू कर रहे हैं, जिस पर झिल्ली के लिए एक मजबूत आसंजन है कि वर्तमान इलेक्ट्रोड परिभाषित करने के लिए ले जाता है। वे पहनने के लिए प्रतिरोधी रहे हैं, और झिल्ली 13 से delaminated नहीं किया जा सकता। झिल्ली के साथ संपर्क में आने ही हिस्सा एक नरम सिलिकॉन टिकट है क्योंकि पैड मुद्रण एक संपर्क विधि है कि इस तथ्य के बावजूद, यह पतली और नाजुक सिलिकॉन झिल्ली पर स्याही लागू करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, डाक टिकट और वें के बीच कुछ अपरिहार्य stiction नहीं हैस्टाम्प वापस ऊपर की तरफ ले जाता है एक बार झिल्ली की एक छोटी सी विकृति का कारण बनता है, जो ई झिल्ली,। झिल्ली भी पतली है, तो इस झिल्ली का टूटना करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। यह प्रभावी रूप से मोटा की तुलना में 10 माइक्रोन झिल्ली पैड मुद्रण विधि के आवेदन की सीमा। पतली झिल्ली के लिए, गैर संपर्क patterning के तरीकों जैसे inkjet मुद्रण के रूप में इस्तेमाल किया जाना चाहिए।

Deas 15 से अधिक वर्षों के लिए अध्ययन किया गया है, आज के DEAS के अधिकांश अभी भी हाथ से लागू तेल इलेक्ट्रोड के साथ संयुक्त तैयार किया polyacrylate फिल्मों पर आधारित हैं। ये हाथ से बने तरीकों DEAS तनाव और बिजली की खपत के मामले में DEAS के रोचक प्रदर्शन के बावजूद उद्योग द्वारा सीमित गोद लेने के साथ, प्रयोगशाला प्रोटोटाइप के राज्य में ज्यादातर बने रहने की वजह है। विश्वसनीय निर्माण प्रक्रिया पहले से ही प्रकाशित किया गया है, वे समर्पित स्वचालित setups के 21,22 के साथ प्राप्त unprestretched, खड़ी सिकुड़ा actuators के निर्माण चिंता का विषय है। जनसंपर्कocess हम यहाँ मौजूद एक डीईए के निर्माण के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण कदम के सभी वर्णन करता है कि, और आसानी से एक निर्धारित लक्ष्य आवेदन फिट करने के लिए लागू किया जा सकता है, जो एक बहुमुखी सभी उद्देश्य प्रक्रिया है प्रवाह।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
High quality PET substrate, 125 μm thick DuPont Teijin Melinex ST-506 low surface roughness and absence of defects
Isopropanol 99.9% Droguerie Schneitter
Poly(acylic acid) solution (25%) Chemie Brunschwig 00627-50 Mw=50 kDa
Automatic film applicator Zehntner ZAA 2300 with vacuum table
Profile rod applicator Zehntner ACC378.022 22.86 μm
Oven Binder FD 115
Dow Corning Sygard 186 silicone kit Dow Corning Sylgard 186 silicone used for casting membranes
Dow Corning OS-2 silicone solvent Dow Corning OS2 environmentally-friendly solvent. Mixture of 65% Hexamethyldisiloxane and 35% Octamethyltrisiloxane
Thinky planetary mixer Thinky ARE-250
container PE-HD 150 ml Semadeni 1972 Container to mix the silicone for the membrane
Medical grade 125 ml PP wide mouth jar with cap Thinky 250-UM125ML Container to mix the ink
Bearing-Quality steel balls 12 mm McMaster-Carr 9292K49
Universal applicator with adjustable gap Zehntner ZUA 2000.220
Transparency film for overhead projector Lyreco 978.758
Dry silicone transfer adhesive (roll) Adhesive Research Arclear 8932
poly(methyl methacrylate) plate 500 mm x 290 mm x 3 mm Laumat Plexi 3mm
Prestretching rig "home made"
USB spectrometer for visible light Ocean Optics USB4000-VIS-NIR Spectrometer for the thickness measurement
Tungsten halogen white light source Ocean Optics LS-1 Light source for the thickness measurement
400 micrometer optical fiber Ocean Optics QP400-2-VIS-NIR Optical fiber on the spectrometer side for the thickness measurement
600 micrometer optical fiber Ocean Optics P600-2-VIS-NIR Optical fiber on the light source side for the thickness measurement
Carbon black Cabot Black Pearl 2000
Silicone Nusil MED-4901 Nusil MED-4901 silicone used in conductive ink
Pad-printing machine TecaPrint TCM-101
Thin steel cliché 100 mm x 200 mm TecaPrint E052 100 200 Steel plate etched with the design you need to print. The etching is performed by the company selling the cliché.
96 mm inkcup TecaPrint 895103 Component of the pad printing machine in which the ink is contained
Soft silicone 30 mm printing pad TecaPrint T-1013 Printing pad for the pad printing machine
60 W CO2 Laser engraving machine Trotec Speedy 300 To cut frames and foils
Carbon conductive tape SPI supplies 05081-AB For electrical connections to the electrodes
4 channels 5 kV EAP controller Biomimetics laboratory low power high voltage source to test the actuators. http://www.uniservices.co.nz/research/centres-of-expertise/biomimetics-lab/eap-controller

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References

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