Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China sotto Grant 62273304.

1. Sintesi del liquame ECPCs
<ol><li>Disperdere i CNT in un solvente di toluene con un rapporto di peso di 1:30 e diluire la base PDMS con toluene in un rapporto di peso di 1:1. NOTA: L'intera procedura sperimentale, illustrata nella figura 1, deve essere eseguita in una cappa aspirante ben ventilata.</li>
	<li>Agitare magneticamente la sospensione CNT/toluene e la soluzione PDMS/toluene a temperatura ambiente per 1 ora. NOTA: questo passaggio consente ai CNT di essere ben dispersi nella matrice PDMS nel passaggio successivo.</li>
	<li>Mescolare la sospensione CNT/toluene e la soluzione PDMS/toluene per formare una miscela liquida CNT/PDMS/toluene e mescolare magneticamente questa miscela su una piastra riscaldante a 80 °C per far evaporare il solvente (toluene). NOTA: L'evaporazione del solvente aumenta la viscosità della soluzione, che deve essere controllata con precisione per facilitare il processo di miscelazione nella fase successiva. Il tempo necessario per l'evaporazione completa del solvente è di 2 ore.</li>
	<li>Aggiungere l'agente di polimerizzazione PDMS nella miscela CNT/PDMS/toluene con un rapporto di peso di 10:1. NOTA: In questa fase, la sintesi del liquame ECPCs è completa.</li>
</ol>2. Fabbricazione degli elettrodi estensibili basati su canali microfluidici
<ol><li>Preparare lo stampo a base di SU-8 con diversi modelli di canali microfluidici utilizzando la tecnica litografica convenzionale su un wafer di Si. NOTA: Il processo di litografia dello stampo segue il metodo standard suggerito nella scheda tecnica del fotoresist utilizzato; Lo spessore degli stampi è di circa 100 μm, mentre per tutte le strutture in tracce vengono utilizzate tre diverse larghezze di linea di 50 μm, 100 μm e 200 μm.</li>
	<li>Eseguire un processo di silanizzazione sullo stampo SU-8 immergendo lo stampo nella soluzione di trietossisilano (3-amminopropil). NOTA: questo passaggio facilita la rimozione del PDMS.</li>
	<li>Mescolare la soluzione base PDMS e l'agente di polimerizzazione con un rapporto di peso di 10:1 e posizionare la miscela PDMS non polimerizzata in un essiccatore sottovuoto fino a quando tutte le bolle d'aria scompaiono.</li>
	<li>Versare la miscela degassata sullo stampo fabbricato nella fase 2.1 e posizionare lo stampo con la soluzione PDMS non polimerizzata su una piastra riscaldante a 85 °C per 1 ora per polimerizzare completamente il PDMS e trasferire il modello dello stampo sul film PDMS polimerizzato. Staccare lo strato PDMS con l'aiuto di una lama.</li>
	<li>Gettare una piccola quantità di ECPC preparati nel passaggio 1 sulla superficie PDMS. Raschiare con cura il liquame ECPC lungo il canale microfluidico in rilievo con l'aiuto di una lama di rasoio. NOTA: Durante questo processo di scrape-coating, il liquame ECPCs altamente viscoso viene efficacemente intrappolato nel modello a microcanali e i residui lasciati sulla superficie PDMS possono essere rimossi contemporaneamente dalla lama. Se è difficile raschiare il liquame ECPCs nel microcanale, si consiglia di riscaldare il campione per aumentarne la viscosità. Questa fase di rivestimento può essere ripetuta più volte fino a riempire il microcanale e formare elettrodi conduttori continui.</li>
	<li>Riscaldare il campione a 70 °C per 2 ore.</li>
	<li>Collegare i fili di rame alle due estremità degli elettrodi fabbricati nell'ultimo passaggio utilizzando pasta d'argento conduttiva. Il punto di collegamento è ulteriormente sigillato e protetto dal sigillante in gomma adesiva. NOTA: In questa fase, la fabbricazione degli elettrodi estensibili basati su ECPC è completa, come mostrato nella Figura 2.</li>
</ol>3. Fabbricazione del sensore di pressione capacitivo
<ol><li>Fabbricare l'elettrodo morbido con un design a effetto frangia interdigitato utilizzando il metodo proposto (passaggi 2.1-2.7). NOTA: lo spazio interelettrodico e la larghezza della linea del design dell'effetto di frangia interdigitato sono impostati per essere uguali e vengono fabbricate due configurazioni: 200 μm e 300 μm. Prima della procedura di riscaldamento (fase 2.6), che può polimerizzare l'elettrodo, si raccomanda di pulire la superficie dell'elettrodo con nastro adesivo per evitare un potenziale cortocircuito tra le due tracce dell'elettrodo nella struttura interdigitata, poiché lo scotch può aderire selettivamente all'eccesso di liquame ECPCs non polimerizzato che rimane sulla superficie PDMS e gli ECPC riempiti nel microcanale possono essere mantenuti.</li>
	<li>Preparare uno stampo stampato in 3D. NOTA: Lo stampo è progettato per avere una cavità (larga 3 cm, lunga 4 cm e con un'altezza di 10 mm) con un'apertura in cui può essere versato il silicone liquido.</li>
	<li>Mescolare accuratamente i due componenti della schiuma flessibile di silicone al platino con rapporti di peso per la parte A: parte B di 1: 1 e 6: 1 per preparare strati dielettrici di schiume siliconiche morbide con due dimensioni dei pori. Mescolare velocemente. NOTA: La porosità può essere controllata regolando il rapporto di miscelazione della parte A e della parte B.</li>
	<li>Versare il composto dell'ultimo passaggio nello stampo realizzato al punto 3.2.</li>
	<li>Utilizzare una tavola con diversi fori per coprire l'apertura dello stampo.</li>
	<li>Polimerizzare la miscela a temperatura ambiente per 1 ora. NOTA: Poiché la schiuma di silicone si espande fino a due o tre volte il suo volume originale dopo la polimerizzazione, la schiuma crescerà dai fori, il che significa che lo spessore della schiuma nella cavità sarà uguale all'altezza della cavità dello stampo.</li>
	<li>Tagliare la schiuma di silicone in eccesso che passa attraverso i fori e rimuovere la tavola.</li>
	<li>Posizionare la schiuma dielettrica preparata sopra lo strato di elettrodi morbidi interdigitati per finalizzare la fabbricazione del sensore di pressione. NOTA: Lo spessore della schiuma di silicone polimerizzata è di 10 mm.</li>
</ol>4. Caratterizzazione della deformazione per l'elettrodo
<ol><li>Bloccare l'elettrodo fabbricato nella fase 2 tra gli stadi mobili di un motore passo-passo modificato.</li>
	<li>Applicare la deformazione uniassiale all'elettrodo controllando lo stadio mobile per allungare l'elettrodo. NOTA: L'elasticità applicata può essere calcolata dallo spostamento dello stadio mobile.</li>
	<li>Utilizzare un multimetro per registrare la misurazione della resistenza.</li>
</ol>5. Caratterizzazione della pressione per l'elettrodo
<ol><li>Fabbricare un elettrodo a zig-zag con un design equivalente all'elettrodo interdigitato (passaggi 2.1-2.7). NOTA: Considerando che gli elettrodi a pettine dell'elettrodo interdigitato hanno più dita, l'elettrodo a zig-zag è progettato per assemblare le dita in un unico percorso conduttore per valutare le proprietà elettriche dell'elettrodo interdigitato. L'elettrodo testato include sei dita con una larghezza di 300 μm e la spaziatura tra le dita è di 2 mm.</li>
	<li>Assemblare la piattaforma di carico a pressione collegando un'asta di carico stampata in 3D (2,5 cm di diametro), un sensore di pressione standard e lo stadio mobile di un motore passo-passo.</li>
	<li>Posizionare l'elettrodo fabbricato sotto l'asta di carico stampata in 3D.</li>
	<li>Applicare pressione all'elettrodo controllando lo stadio mobile per guidare l'asta di carico che si muove verticalmente verso l'elettrodo di una distanza programmata. NOTA: la pressione può essere controllata impostando lo spostamento dello stadio mobile e la pressione standard viene calcolata dalla misurazione della forza dal sensore di forza standard.</li>
	<li>Utilizzare un multimetro per registrare la misurazione della resistenza.</li>
</ol>6. Caratterizzazione della pressione per il sensore di pressione capacitivo
<ol><li>Utilizzare la stessa piattaforma del passaggio 5 per applicare pressione al sensore di pressione capacitivo fabbricato nel passaggio 3.</li>
	<li>Utilizzare un misuratore LCR per registrare la misurazione della capacità. NOTA: La capacità viene misurata a una frequenza di prova di 1 kHz.</li>
</ol>

Elettrodi morbidi basati su canali microfluidici per il rilevamento capacitivo della pressione

<ol>
	<li>Sun, Z. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+intelligence+of+things+(AIoT)+enabled+virtual+shop+applications+using+self-powered+sensor+enhanced+soft+robotic+manipulator.">Artificial intelligence of things (AIoT) enabled virtual shop applications using self-powered sensor enhanced soft robotic manipulator.</a> Advanced Science. 8 (14), 2100230 (2021).</li><li>Lo, L. -. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet-printed+soft+resistive+pressure+sensor+patch+for+wearable+electronics+applications.">Inkjet-printed soft resistive pressure sensor patch for wearable electronics applications.</a> Advanced Materials Technology. 5 (1), 1900717 (2020).</li><li>Zhu, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Haptic-feedback+smart+glove+as+a+creative+human-machine+interface+(HMI)+for+virtual/augmented+reality+applications.">Haptic-feedback smart glove as a creative human-machine interface (HMI) for virtual/augmented reality applications.</a> Science Advances. 6 (19), (2020).</li><li>Woo, S. -. J., Kong, J. -. H., Kim, D. -. G., Kim, J. -. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+thin+all-elastomeric+capacitive+pressure+sensor+array+based+on+micro+contact+printed+elastic+conductors.">A thin all-elastomeric capacitive pressure sensor array based on micro contact printed elastic conductors.</a> Journal of Materials Chemistry C. 2 (22), 4415-4422 (2012).</li><li>Tang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+stretchable+electrodes+on+wrinkled+polydimethylsiloxane+substrates.">Highly stretchable electrodes on wrinkled polydimethylsiloxane substrates.</a> Scientific Reports. 5, 16527 (2015).</li><li>Lo, L. -. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+inkjet-printed+PEDOT:PSS-based+stretchable+conductor+for+wearable+health+monitoring+device+applications.">An inkjet-printed PEDOT:PSS-based stretchable conductor for wearable health monitoring device applications.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 13 (18), 21693-21702 (2021).</li><li>Luo, R. -. B., Li, H. -. B., Du, B., Zhou, S. -. S., Zhu, Y. -. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+strategy+for+high+stretchable,+flexible+and+conductive+polymer+films+based+on+PEDOT:PSS-PDMS+blends.">A simple strategy for high stretchable, flexible and conductive polymer films based on PEDOT:PSS-PDMS blends.</a> Organic Electronics. 76, 105451 (2020).</li><li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+stable+flexible+pressure+sensors+with+a+quasi-homogeneous+composition+and+interlinked+interfaces.">Highly stable flexible pressure sensors with a quasi-homogeneous composition and interlinked interfaces.</a> Nature Communications. 13, 1317 (2022).</li><li>Hong, S., Lee, S., Kim, D. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Materials+and+design+strategies+of+stretchable+electrodes+for+electronic+skin+and+its+applications.">Materials and design strategies of stretchable electrodes for electronic skin and its applications.</a> Proceedings of the IEEE. 107 (10), 2185-2197 (2019).</li><li>Shi, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Screen-printed+soft+capacitive+sensors+for+spatial+mapping+of+both+positive+and+negative+pressures.">Screen-printed soft capacitive sensors for spatial mapping of both positive and negative pressures.</a> Advanced Functional Materials. 29 (23), 1809116 (2019).</li><li>Mahmoudinezhad, M. H., Anderson, I., Rosset, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interdigitated+sensor+based+on+a+silicone+foam+for+subtle+robotic+manipulation.">Interdigitated sensor based on a silicone foam for subtle robotic manipulation.</a> Macromolecular Rapid Communications. 42 (5), 2000560 (2019).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

In questo protocollo, abbiamo dimostrato un nuovo metodo di stampa basato su canali microfluidici per elettrodi estensibili. Il materiale conduttivo dell'elettrodo, il liquame ECPCs, può essere preparato con il metodo di evaporazione del solvente, che consente ai CNT di essere ben dispersi nella matrice PDMS, formando così un polimero conduttivo che presenta un'elasticità elevata quanto il substrato PDMS.
Nel processo di raschiatura, il liquame ECPCs viene rapidamente riempito nel canale mi...

I sensori di pressione morbida sono stati ampiamente esplorati in applicazioni come pinze pneumatiche robotiche1, elettronica indossabile2, sistemi di interfaccia uomo-macchina3, ecc. In tali applicazioni, il sistema sensoriale richiede flessibilità ed elasticità per garantire un contatto conforme con superfici curvilinee arbitrarie. Pertanto, richiede tutti i componenti essenziali, inclusi il substrato, l'elemento trasduttore e l'elettrodo, per fornire funzionalità coerenti in condizioni di deformazione estreme4. Inoltre, per mantenere elevate prestazioni di rilevamento, è essenziale mantenere le variazioni degli elettrodi morbidi al livello minimo per evitare interferenze nei segnali di rilevamento elettrico5.
Come uno dei componenti principali nei sensori di pressione morbida, gli elettrodi estensibili in grado di sostenere elevati livelli di stress e deformazione sono fondamentali affinché il dispositivo preservi percorsi conduttivi stabili e caratteristiche di impedenza 6,7. Gli elettrodi morbidi con prestazioni eccellenti di solito possiedono 1) alta risoluzione spaziale alla scala micrometrica e 2) elevata elasticità con forte legame al substrato, e queste sono caratteristiche indispensabili per consentire un'elettronica morbida altamente integrata in una dimensione indossabile8. Pertanto, recentemente sono state proposte varie strategie per sviluppare elettrodi morbidi con le proprietà di cui sopra, come la stampa a getto d'inchiostro, la serigrafia, la stampa a spruzzo e la stampa transfer, ecc. 9. Il metodo di stampa a getto d'inchiostro6 è stato ampiamente utilizzato grazie ai suoi vantaggi di fabbricazione semplice, nessun requisito di mascheratura e una bassa quantità di spreco di materiale, ma è difficile ottenere modelli ad alta risoluzione a causa delle limitazioni in termini di viscosità dell'inchiostro. La serigrafia10 e la stampa a spruzzo11 sono metodi di modellazione semplici ed economici che richiedono una maschera d'ombra sul substrato. Tuttavia, l'operazione di posizionamento o rimozione della maschera può ridurre la chiarezza della serie. Sebbene la stampa transfer4 sia stata segnalata come un modo promettente per ottenere una stampa ad alta risoluzione, questo metodo soffre di una procedura complicata e di un processo di stampa che richiede tempo. Inoltre, la maggior parte degli elettrodi morbidi prodotti da questi metodi di modellazione presentano altri svantaggi, come la delaminazione dal substrato.
Qui presentiamo un nuovo metodo di stampa per la fabbricazione rapida di elettrodi morbidi economici e ad alta risoluzione basati su configurazioni di canali microfluidici. Rispetto ad altri metodi di fabbricazione convenzionali, la strategia proposta utilizza compositi polimerici conduttivi elastici (ECPC) come materiale conduttivo e canali microfluidici litograficamente goffrati per modellare le tracce degli elettrodi. Il liquame ECPCs è preparato con il metodo di evaporazione con solvente ed è costituito da 7 nanotubi di carbonio (CNT) ben dispersi in una matrice di polidimetilsilossano (PDMS). Raschiando il liquame ECPCs nel canale microfluidico, è possibile produrre elettrodi ad alta risoluzione definiti da pattern litografici. Inoltre, poiché l'elettrodo è basato principalmente su PDMS, viene creato un forte legame all'interfaccia tra l'elettrodo basato su ECPC e il substrato PDMS. Pertanto, l'elettrodo può sostenere un livello di allungamento alto quanto il substrato PDMS. I risultati sperimentali confermano che l'elettrodo estensibile proposto può rispondere linearmente alle deformazioni assiali fino al 30% e mostrare un'eccellente stabilità in un intervallo di alta pressione di 0-400 kPa, indicando il grande potenziale di questo metodo per fabbricare elettrodi morbidi in sensori di pressione capacitivi, che è anche dimostrato in questo lavoro.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Camera</td>
			<td>OPLENIC DIGITAL CAMERA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon nanotubes (CNTs)</td>
			<td>Nanjing Xianfeng Nano-technology</td>
			<td></td>
			<td>Diameter:10-20 nm,Length:10-30 &#956;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hotplate Stirrer</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Super-Nuova+</td>
			<td>Stirring and Heating Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LCR meter</td>
			<td>Keysight</td>
			<td>E4980AL</td>
			<td>Capacitance Measurment Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>SDPTOP</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimeter</td>
			<td>Fluke</td>
			<td></td>
			<td>Resistance measurment Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Yamoto</td>
			<td>DX412C</td>
			<td>Heating equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photo mask</td>
			<td>Shenzhen Weina Electronic Technology</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist</td>
			<td>Microchem</td>
			<td>SU-8 3050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td>Silicone Elastomer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone Foam</td>
			<td>Smooth on</td>
			<td>Soma Foama 25</td>
			<td>Two-component Platinum Silicone Flexible Foam</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone wafer</td>
			<td>Suzhou Crystal Silicon Electronic &#38; Technology</td>
			<td></td>
			<td>Diameter:2inch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stirrer</td>
			<td>IKA</td>
			<td>Color Squid</td>
			<td>Stirring Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Sinopharm Chemical Reagent</td>
			<td></td>
			<td>Solvent for the Preparation of ECPCs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triethoxysilane</td>
			<td>Macklin</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microfluidic channel-based soft electrodes and their application in capacitive pressure sensing

Gli elettrodi flessibili ed estensibili sono componenti essenziali nei sistemi sensoriali artificiali morbidi. Nonostante i recenti progressi nell'elettronica flessibile, la maggior parte degli elettrodi è limitata dalla risoluzione del pattern o dalla capacità di stampa a getto d'inchiostro con materiali superelastici ad alta viscosità. In questo articolo, presentiamo una semplice strategia per fabbricare elettrodi compositi estensibili basati su microcanali, che possono essere ottenuti raschiando compositi polimerici conduttivi elastici (ECPC) in canali microfluidici litograficamente goffrati. Gli ECPC sono stati preparati con un metodo di evaporazione con solvente volatile, che raggiunge una dispersione uniforme di nanotubi di carbonio (CNT) in una matrice di polidimetilsilossano (PDMS). Rispetto ai metodi di fabbricazione convenzionali, la tecnica proposta può facilitare la fabbricazione rapida di elettrodi estensibili ben definiti con liquami ad alta viscosità. Poiché gli elettrodi in questo lavoro erano costituiti da materiali interamente elastomerici, è possibile formare forti interconnessioni tra gli elettrodi basati su ECPC e il substrato basato su PDMS alle interfacce delle pareti del microcanale, il che consente agli elettrodi di mostrare robustezza meccanica sotto elevate sollecitazioni di trazione. Inoltre, è stata studiata sistematicamente anche la risposta meccanico-elettrica degli elettrodi. Infine, è stato sviluppato un sensore di pressione morbida combinando una schiuma di silicone dielettrico e uno strato di elettrodi interdigitati (IDE), e questo ha dimostrato un grande potenziale per i sensori di pressione nelle applicazioni di rilevamento tattile robotico morbido.

Soft pressure sensors have been widely explored in applications such as pneumatic robotic grippers1, wearable electronics2, human-machine interface systems3, etc. In such applications, the sensory system requires flexibility and stretchability to ensure conformal contact with arbitrary curvilinear surfaces. Therefore, it requires all the essential components, including the substrate, the transducing element, and the electrode, to provide consistent functionality under extreme deformation conditions4. Moreover, to maintain high sensing performance, it is essential to keep the changes in the soft electrodes to the minimum level to avoid interference in the electrical sensing signals5.
As one of the core components in soft pressure sensors, stretchable electrodes capable of sustaining high stress and strain levels are crucial for the device to preserve stable conductive pathways and impedance characteristics6,7. Soft electrodes with excellent performance usually possess 1) high spatial resolution at the micrometer scale and 2) high stretchability with strong bonding to the substrate, and these are indispensable characteristics to enable highly integrated soft electronics in a wearable size8. Therefore, various strategies have been proposed recently to develop soft electrodes with the above properties, such as ink-jet printing, screen printing, spray printing, and transfer printing, etc.9. The ink-jet printing method6&#160;has been widely used due to its advantages of simple fabrication, no masking requirement, and a low amount of material waste, but it is hard to achieve high-resolution patterning due to limitations in terms of the ink viscosity. Screen printing10&#160;and spray printing11&#160;are simple and cost-effective patterning methods that require a shadow mask on the substrate. However, the operation of placing or removing the mask can reduce the clarity of the patterning. Although transfer printing4 has been reported to be a promising way to achieve high-resolution printing, this method suffers from a complicated procedure and a time-consuming printing process. Furthermore, most of the soft electrodes produced by these patterning methods have other disadvantages, such as delamination from the substrate.
Herein, we present a novel printing method for the rapid fabrication of cost-effective and high-resolution soft electrodes based on microfluidic channel configurations. Compared to other conventional fabrication methods, the proposed strategy utilizes elastic conductive polymer composites (ECPCs) as the conductive material and lithographically embossed microfluidic channels to pattern the electrode traces. The ECPCs slurry is prepared by the solvent evaporation method and consists of 7 wt.% carbon nanotubes (CNTs) well-dispersed in a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix. By scraping the ECPCs slurry into the microfluidic channel, high-resolution electrodes defined by lithographic patterning can be produced. In addition, since the electrode is mainly based on PDMS, strong bonding is created at the interface between the ECPCs-based electrode and the PDMS substrate. Thus, the electrode can sustain a stretch level as high as the PDMS substrate. The experimental results confirm that the proposed stretchable electrode can respond linearly to axial strains up to 30% and exhibit excellent stability in a high-pressure range of 0-400 kPa, indicating the great potential of this method for fabricating soft electrodes in capacitive pressure sensors, which is also demonstrated in this work.

Autore in primo piano: Elettrodi morbidi basati su canali microfluidici e loro applicazione nel rilevamento capacitivo della pressione  

Elettrodi morbidi basati su canali microfluidici e loro applicazione nel rilevamento capacitivo della pressione

Our research really focuses on flexible and stretchable electronics for sensing applications, while trying to develop innovative materials and manufacturing precisely for flexible electronic systems. Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most electrodes are either restricted by the patterning resolution or the capability of inkjet printing, high-viscosity super-elastic materials.In this protocol, we have demonstrated a novel microfluidic channel-based printing method for stretchable electrodes. The conducting material of the electrode, the ECPC flooring, can be scraped into the microchannel, thus forming a conductive polymer that exhibits a stretchability as high as the PDMS substrate. Compared with the actions produced by existing fabrication methods, such as inkjet printing, scrape printing, spray printing, and transfer printing, the proposed microfluidic channel-based soft electrons have the advantages of a high printing resolution and high stretchability, with the strong binding to the substrate.The protocol presented in this research combines marriage of stretchable materials and microfluidic channels, enabling a low-cost and rapid application method for producing high-resolution, stretchable electrons for soft robotic tactile sensing applications.

Seguendo il protocollo, gli ECPC possono essere modellati tramite il canale microfluidico, che porta alla formazione di elettrodi estensibili ad alta risoluzione. Le figure 3A, B mostrano fotografie di elettrodi morbidi con diversi disegni di tracce e risoluzioni di stampa. La figura 3C mostra le diverse larghezze di linea degli elettrodi fabbricati, tra cui 50 μm, 100 μm e 200 μm. La resistenza di ciascun elettrodo è presentata nella <stron...

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Gli elettrodi flessibili hanno una vasta gamma di applicazioni nella robotica morbida e nell'elettronica indossabile. Il presente protocollo dimostra una nuova strategia per fabbricare elettrodi altamente estensibili ad alta risoluzione tramite canali microfluidici litograficamente definiti, che apre la strada a futuri sensori di pressione morbida ad alte prestazioni.

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most ...

La nostra ricerca si concentra davvero sull'elettronica flessibile ed estensibile per applicazioni di rilevamento, cercando di sviluppare materiali innovativi e produrre proprio per sistemi elettronici flessibili. Gli elettrodi flessibili ed estensibili sono componenti essenziali nei sistemi sensoriali artificiali morbidi. Nonostante i recenti progressi nell'elettronica flessibile, la maggior parte degli elettrodi è limitata dalla risoluzione del pattern o dalla capacità di stampare a getto d'inchiostro, materiali superelastici ad alta viscosità.In questo protocollo, abbiamo dimostrato un nuovo metodo di stampa basato su canali microfluidici per elettrodi estensibili. Il materiale conduttore dell'elettrodo, il pavimento ECPC, può essere raschiato nel microcanale, formando così un polimero conduttivo che presenta un'elasticità pari al substrato PDMS. Rispetto alle azioni prodotte dai metodi di fabbricazione esistenti, come la stampa a getto d'inchiostro, la stampa scrape, la stampa a spruzzo e la stampa transfer, gli elettroni morbidi basati su canali microfluidici proposti hanno i vantaggi di un'elevata risoluzione di stampa e un'elevata elasticità, con il forte legame al substrato.Il protocollo presentato in questa ricerca combina il matrimonio di materiali estensibili e canali microfluidici, consentendo un metodo di applicazione rapido e a basso costo per la produzione di elettroni estensibili ad alta risoluzione per applicazioni di rilevamento tattile robotico morbido.

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Research

JoVE Journal

Engineering

Microfluidic Channel-Based Soft Electrodes and Their Application in Capacitive Pressure Sensing

1.3K Views.  Zhejiang University. La nostra ricerca si concentra davvero sull'elettronica flessibile ed estensibile per applicazioni di rilevamento, cercando di sviluppare materiali innovativi e produrre proprio per sistemi elettronici flessibili. Gli elettrodi flessibili ed estensibili sono componenti essenziali nei sistemi sensoriali artificiali morbidi. Nonostante i recenti progressi nell'elettronica flessibile, la maggior parte degli elettrodi è limitata dalla risoluzione del pattern o dalla capacità di stampare a getto...

Video: Autore in primo piano: Elettrodi morbidi basati su canali microfluidici e loro applicazione nel rilevamento capacitivo della pressione  

Flexible and stretchable electrodes are essential components in soft artificial sensory systems. Despite recent advances in flexible electronics, most electrodes are either restricted by the patterning resolution or the capability of inkjet printing with high-viscosity super-elastic materials. In this paper, we present a simple strategy to fabricate microchannel-based stretchable composite electrodes, which can be achieved by scraping elastic conductive polymer composites (ECPCs) into lithographically embossed microfluidic channels. The ECPCs were prepared by a volatile solvent evaporation method, which achieves a uniform dispersion of carbon nanotubes (CNTs) in a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix. Compared to conventional fabrication methods, the proposed technique can facilitate the rapid fabrication of well-defined stretchable electrodes with high-viscosity slurry. Since the electrodes in this work were made up of all-elastomeric materials, strong interlinks can be formed between the ECPCs-based electrodes and the PDMS-based substrate at the interfaces of the microchannel walls, which allows the electrodes to exhibit mechanical robustness under high tensile strains. In addition, the mechanical-electric response of the electrodes was also systematically studied. Finally, a soft pressure sensor was developed by combining a dielectric silicone foam and an interdigitated electrodes (IDE) layer, and this demonstrated great potential for pressure sensors in soft robotic tactile sensing applications.

Flexible electrodes have a wide range of applications in soft robotics and wearable electronics. The present protocol demonstrates a new strategy to fabricate highly stretchable electrodes with high resolution via lithographically defined microfluidic channels, which paves the way for future high-performance soft pressure sensors.

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Ingegneria

Elastic Conductive Polymer Composite (ECPCs) Slurry Synthesis and Fabrication of Stretchable Electrodes

To begin, disperse the carbon nanotubes, or CNTs, into a toluene solvent at a one-to-30 weight ratio, and dilute the PDMS base with toluene at an equal weight ratio. Magnetically stir the CNT toluene suspension and PDMS toluene solution at room temperature for one hour. Mix the prepared suspension and solution to form a liquid CNT PDMS toluene mixture, and magnetically stir on a hot plate at 80 degrees Celsius to evaporate the toluene.Then add the PDMS curing agent into the mixture at a 10-to-one weight ratio to complete the synthesis of the ECPCs slurry. To fabricate the microfluidic channel-based stretchable electrodes, mix the PDMS-based solution and the curing agent at a 10-to-one weight ratio, and place the uncured PDMS mixture in a vacuum desiccater until all air bubbles disappear. Prepare the SU8-based mold with different microfluidic channel patterns using the conventional lithography technique on a silicone wafer.Then pour the degassed mixture onto the fabricated mold, and place the mold on a hot plate at 85 degrees Celsius for one hour to cure the PDMS and transfer the SU8 mold pattern on the cured PDMS film. Then peel off the PDMS layer. Next, cast a small amount of the synthesized ECPCs slurry onto the PDMS surface, and using a razor blade, carefully scrape the slurry along the embossed microfluidic channel.Then heat the slurry at 70 degrees Celsius for two hours. Finally, connect a copper wire to each end of the prepared electrodes, using conductive silver paste, and seal the connection with an adhesive rubber sealant. Soft electrodes with different trace designs and printing resolutions can be fabricated through this protocol.The resistance of the electrodes increased with decreasing line width, and the serpentine electrodes exhibited higher resistance than the line structure electrodes, due to their longer effective length. The resistance of the electrodes increased linearly, with the tensile strain caused by the geometric effect. The sensitivity of the serpentine electrodes was lower than the line structure electrode, due to the strained releasing effect.