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Dans cet article

  • Résumé
  • Résumé
  • Introduction
  • Protocole
  • Résultats
  • Discussion
  • Déclarations de divulgation
  • Remerciements
  • matériels
  • Références
  • Réimpressions et Autorisations

Résumé

Une méthode de fabrication simple et rentable basée sur la technique d’évaporation du solvant est présentée pour optimiser les performances d’un capteur de pression capacitif souple, qui est activé par le contrôle de la porosité dans la couche diélectrique en utilisant différents rapports de masse de la solution de moulage PDMS / toluène.

Résumé

Les capteurs de pression douce jouent un rôle important dans le développement de la sensation tactile « homme-machine » dans la robotique douce et les interfaces haptiques. Plus précisément, les capteurs capacitifs avec des matrices polymères microstructurées ont été explorés avec un effort considérable en raison de leur sensibilité élevée, de leur large plage de linéarité et de leur temps de réponse rapide. Cependant, l’amélioration des performances de détection repose souvent sur la conception structurelle de la couche diélectrique, ce qui nécessite des installations de microfabrication sophistiquées. Cet article décrit une méthode simple et peu coûteuse pour fabriquer des capteurs de pression capacitifs poreux avec une sensibilité améliorée en utilisant la méthode basée sur l’évaporation de solvant pour régler la porosité. Le capteur est constitué d’une couche diélectrique poreuse de polydiméthylsiloxane (PDMS) liée à des électrodes supérieures et inférieures en composites polymères conducteurs élastiques (ECPC). Les électrodes ont été préparées en recouvrant la boue conductrice PDMS dopée à des nanotubes de carbone (NTC) dans des films PDMS à motif de moule. Afin d’optimiser la porosité de la couche diélectrique pour améliorer les performances de détection, la solution PDMS a été diluée avec du toluène de différentes fractions massiques au lieu de filtrer ou de broyer l’agent de formation des pores du sucre (PFA) en différentes tailles. L’évaporation du solvant toluène a permis la fabrication rapide d’une couche diélectrique poreuse avec des porosités contrôlables. Il a été confirmé que la sensibilité pouvait être multipliée par deux lorsque le rapport toluène/PDMS passait de 1:8 à 1:1. La recherche proposée dans ce travail permet une méthode peu coûteuse de fabrication de préhenseurs robotiques souples bioniques entièrement intégrés avec des mécanorécepteurs sensoriels souples de paramètres de capteur accordables.

Introduction

Ces dernières années, les capteurs de pression flexibles ont attiré l’attention en raison de leur application indispensable dans la robotique douce 1,2,3, les interfaces haptiques « homme-machine » 4,5 et la surveillance de la santé 6,7,8. Généralement, les mécanismes de détection de pression comprennent piézorésistif 1,4,7, piézoélectrique

Protocole

1. Fabrication du capteur de pression capacitif souple avec une couche diélectrique PDMS poreuse

  1. Fabrication de la couche diélectrique PDMS poreuse
    1. Préparez le modèle poreux sucre/érythritol en suivant les étapes ci-dessous.
      1. Filtrer le sucre avec des tamis d’échantillon avec des ouvertures de 270 μm et 500 μm. Choisissez du sucre avec un diamètre de particules compris entre 270 et 500 μm.
        NOTE: Une taille de particules de sucre plus grande ou plus petite est également acceptable tant que l’uniformité se situe dans les limites de tolérance. Le diamètre de la particule de sucre affectera la taille des pores de la couche poreus....

Résultats

La photographie du gabarit poreux sucre et érythritol en morceaux est illustrée à la figure 3A. La figure 3B montre la couche d’électrode flexible avec un motif de CPEC recouvert de grattage. La figure 3C montre le capteur de pression capacitif souple avec une couche diélectrique poreuse fabriquée avec la méthode proposée. Quatre couches diélectriques PDMS poreuses ont été fabriquées sur la base de so.......

Discussion

Ce travail propose une méthode simple basée sur l’évaporation du solvant pour contrôler la porosité, et une série de résultats expérimentaux ont prouvé sa faisabilité. Bien que la structure poreuse ait été largement utilisée dans le capteur de pression capacitif flexible, le contrôle de la porosité doit encore être optimisé. Contrairement aux méthodes existantes pour modifier la taille des particules du PFA 11,12,13,18,19 et le rapport du substrat polymère au PFA

Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine dans le cadre de la subvention 62273304.

....

matériels

NameCompanyCatalog NumberComments
3D printerZhejiang Qidi Technology Co., LtdX-MAX
3D printing metarialsZhejiang Qidi Technology Co., Ltd3D Printing Filament PLA 1.75 mm
Carbon nanotubes (CNTs)XFNANOXFM13
Data acquisition (DAQ)National InstrumentsUSB6002
Double side tapeMinnesota Mining and Manufacturing (3M)3M VHB 49101 mm thick
Electrode metal moldGuangdong Shunde Molarobot Co., LtdThis 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.
ErythritolShandong Sanyuan Biotechnology Co.,Ltd.
Isopropyl Alcohol (IPA)Sinopharm chemical reagent Co., Ltd80109218
LabVIEWNational InstrumentsLabVIEW 2019
LCR meterKeysightEA4980AL
Metal wireHangzhou Hongtong WIRE&CABLE Co., Ltd.2UEW/155
MicroscopeAosviT2-3M180
Numerical modeling softwareCOMSOLCOMSOL Multiphysics 5.6
Polydimethylsiloxane (PDMS)Dow Chemical CompanySYLGAR 184 Silicone Elastomer KitTwo parts (base and curing agent)
Sealing filmCorningPM-996parafilm
Si waferSuzhou Crystal Silicon Electronic & Technology Co.,LtdZK20220416-03Diameter (mm): 50.8 +/- 0.3
Type/Orientation: P/100
Thickness (µm): 525 +/- 25
Silver conductive paintElectron Microscopy Sciences12686-15
Stepping motorBEIJING HAI JIE JIA CHUANG Technology Co., Ltd57H B56L4-30DB
Sugar/erythritol template metal moldGuangdong Shunde Molarobot Co., LtdThis metal mold is a 5 mm thick square metal plate with a flat bottom square groove of 2.5 mm deep.
TolueneSinopharm chemical reagent Co., Ltd10022819

Références

  1. Ozioko, O., et al. SensAct: The soft and squishy tactile Sensor with integrated flexible actuator. Advanced Intelligent Systems. 3 (3), 1900145 (2021).
  2. Qiu, Y., et al.

Réimpressions et Autorisations

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