الأقطاب الكهربائية اللينة القائمة على قناة الموائع الدقيقة وتطبيقاتها في استشعار الضغط السعوي

Summary

الأقطاب الكهربائية المرنة لديها مجموعة واسعة من التطبيقات في الروبوتات اللينة والإلكترونيات القابلة للارتداء. يوضح البروتوكول الحالي استراتيجية جديدة لتصنيع أقطاب كهربائية قابلة للتمدد بدرجة عالية ودقة عالية عبر قنوات الموائع الدقيقة المحددة بالطباعة الحجرية ، مما يمهد الطريق لأجهزة استشعار الضغط الناعم عالية الأداء في المستقبل.

Abstract

تعتبر الأقطاب الكهربائية المرنة والقابلة للتمدد مكونات أساسية في الأنظمة الحسية الاصطناعية الناعمة. على الرغم من التطورات الحديثة في الإلكترونيات المرنة ، فإن معظم الأقطاب الكهربائية إما مقيدة بدقة الزخرفة أو قدرة الطباعة النافثة للحبر بمواد فائقة المرونة عالية اللزوجة. في هذا البحث ، نقدم استراتيجية بسيطة لتصنيع أقطاب كهربائية مركبة قابلة للتمدد تعتمد على القنوات الدقيقة ، والتي يمكن تحقيقها عن طريق كشط مركبات البوليمر الموصلة المرنة (ECPCs) في قنوات الموائع الدقيقة المنقوشة بالطباعة الحجرية. تم تحضير ECPCs بواسطة طريقة تبخير المذيبات المتطايرة ، والتي تحقق تشتتا موحدا للأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) في مصفوفة polydimethylsiloxane (PDMS). بالمقارنة مع طرق التصنيع التقليدية ، يمكن للتقنية المقترحة تسهيل التصنيع السريع لأقطاب كهربائية قابلة للتمدد محددة جيدا مع ملاط عالي اللزوجة. نظرا لأن الأقطاب الكهربائية في هذا العمل كانت مكونة من مواد مرنة بالكامل ، يمكن تشكيل روابط قوية بين الأقطاب الكهربائية القائمة على ECPCs والركيزة القائمة على PDMS في واجهات جدران القنوات الدقيقة ، مما يسمح للأقطاب الكهربائية بإظهار المتانة الميكانيكية تحت سلالات الشد العالية. بالإضافة إلى ذلك ، تمت دراسة الاستجابة الميكانيكية والكهربائية للأقطاب الكهربائية بشكل منهجي. أخيرا ، تم تطوير مستشعر الضغط الناعم من خلال الجمع بين رغوة السيليكون العازلة وطبقة الأقطاب الكهربائية المتداخلة (IDE) ، وهذا أظهر إمكانات كبيرة لأجهزة استشعار الضغط في تطبيقات استشعار اللمس الروبوتية الناعمة.

Introduction

تم استكشاف مستشعرات الضغط الناعم على نطاق واسع في تطبيقات مثل القابضات الروبوتية^{الهوائية 1} ، والإلكترونيات القابلة للارتداء² ، وأنظمة واجهة الإنسان^{والآلة 3} ، إلخ. في مثل هذه التطبيقات ، يتطلب النظام الحسي المرونة والقدرة على التمدد لضمان الاتصال المطابق مع الأسطح المنحنية التعسفية. لذلك ، فإنه يتطلب جميع المكونات الأساسية ، بما في ذلك الركيزة وعنصر التحويل والقطب الكهربائي ، لتوفير وظائف متسقة في ظل ظروف التشوه الشديدة⁴. علاوة على ذلك ، للحفاظ على أداء الاستشعار العالي ، من الضروري الحفاظ على التغييرات في الأقطاب الكهربائية اللينة إلى الحد الأدنى لتجنب التداخل في إشارات الا....

Protocol

1. توليف ملاط ECPCs

1. تفريق الأنابيب النانوية الكربونية في مذيب التولوين بنسبة وزن 1:30 وتخفيف قاعدة PDMS مع التولوين بنسبة وزن 1: 1.
   ملاحظة: يجب تنفيذ الإجراء التجريبي بأكمله ، الموضح في الشكل 1 ، في غطاء دخان جيد التهوية.
2. حرك مغناطيسيا تعليق CNTs / التولوين ومحلول PDMS / التولوين في درجة حرارة الغرفة لمدة 1 ساعة.
   ملاحظة: تسمح هذه الخطوة بتوزيع الأنابيب النانوية الكربونية بشكل جيد في مصفوفة PDMS في الخطوة التالية.
3. امزج معلق CNTs / التولوين ومحلول PDMS / التولوين لتشكيل خليط سائل CNTs / PDMS / التولوين ، وحرك هذا المزيج مغناطيسيا على لوح تسخين عند 80 درجة مئوية لتبخير المذيب (التولوين).

النتائج

باتباع البروتوكول ، يمكن تصميم ECPCs عبر قناة الموائع الدقيقة ، مما يؤدي إلى تكوين أقطاب كهربائية قابلة للتمدد بدقة عالية. يوضح الشكلان 3 أ ، ب صورا لأقطاب كهربائية ناعمة ذات تصميمات تتبع ودقة طباعة مختلفة. يوضح الشكل 3C عرض الخطوط المختلفة للأقطاب ال?.......

Discussion

في هذا البروتوكول ، أظهرنا طريقة طباعة جديدة قائمة على قناة الموائع الدقيقة للأقطاب الكهربائية القابلة للتمدد. يمكن تحضير المادة الموصلة للقطب ، ملاط ECPCs ، بواسطة طريقة تبخر المذيبات ، والتي تسمح بتشتيت الأنابيب النانوية الكربونية جيدا في مصفوفة PDMS ، وبالتالي تشكيل بوليمر موصل يظهر قابل?.......

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:2inch
Stirrer	IKA	Color Squid	Stirring Equipment
Toluene	Sinopharm Chemical Reagent		Solvent for the Preparation of ECPCs
Triethoxysilane	Macklin