このプロトコルは、生物医学およびソフトロボティクスアプリケーション用の炭素ベースの電気機械的活性材料の製造について説明します。この方法の主な利点は、イオンアクチュエータの再現性を多量に再現可能にすることです。このビデオを見ると、イオンアクチュエータの製造方法と使用方法についてよく理解できるはずです。
プロトコルは5つのステップに分かれています。まず、イオン伝導膜を作製する。その後、金集電体が取り付けられている炭素ベースの電極で覆われます。
サンプルを形に切断した後、材料は使用する準備ができています。まず、3-PTFE膜、電解質に浸した同じ膜、または繊維強化膜から選択します。すべてのオプションは、機能アクチュエータになります。
選択の詳細については、テキストを参照してください。材料はフレームを使用して準備される。高い空隙率PTFEシートを取り、フレームの上に置きます。
トートし、フレーム上のシートを締めます。乾燥膜を傷つけないように注意してください。膜の準備ができたら、電極の製造手順にスキップします。
大きなペトリ皿を取り、内部に高い空隙率PTFEシートを置きます。イオン液体の過剰を追加します。シート全体が覆われていることを確認します。
膜を十分に浸したら、ピペットを使用して余分なものを取り除きます。フィルター紙の間に膜を慎重に配置して、PTFEシートで吸収されなかった残りのイオン液体を除去します。シートが半透明で濡れていないまで、この手順を繰り返します。
びしょ濡れの膜をプラスチックフレームに張り付け、留めます。しわや折り目を避けるようにしてください。膜の準備が整ったので、電極の製造手順に進みます。
細かい不活性繊維で生地を取り、フレームに留めます。それをうまく緊張させるようにしてください。はさみを使用して余分な生地をトリミングします。
緩い繊維は慎重に取り除いてください。ヒュームフードの下で作業しながら、膜溶液の薄い層で生地をカバーします。正確なレシピについては、テキストを参照してください。
最初の層を完全に乾燥させます。まず、ヒートガンと後でヒートガンを専用のセットアップと一緒に使用して、乾燥プロセスをスピードアップします。完全に湿った膜に高すぎるスピン速度を使用することは、活性材料の損失につながる可能性があるため、使用しないでください。
詳細については、テキストを参照してください。ピンホールのバックライトに対して膜を検査します。欠陥のない膜が得られるまで、コーティング層を塗布し続けます。
細心の注意を払って、後続の膜層を追加します。できるだけ薄い層を適用し、二度、すでに濡れた表面上に行くことはありません。両側にレイヤーを適用します。
このようにして、補強材はコンポジットの中央に残ります。1 つのレイヤーを乾燥させてから別のレイヤーを追加します。欠陥のない膜が得られたら、厚さゲージを使用してその厚さを確認してください。
現在は54マイクロメートルです。密閉フラスコに、磁気撹拌機と温度制御ホットプレートを用いて摂氏70度で一晩撹拌することにより、溶媒中にポリマーを溶解する。正確なレシピについては、テキストを参照してください。
別のフラスコに、炭素粉末を計量し、イオン液体、溶媒、および磁気攪拌棒を加える。フラスコを密封し、混ぜます。カーボン懸濁液が均質化され、ポリマーが溶解したら、マグネットビーズを固定または除去し、ポリマー溶液をカーボン懸濁液に注ぎます。
フラスコの壁からポリマー残渣を除去し、カーボン懸濁液に加えるために10ミリリットルの溶媒を使用してください。超音波プローブを使用して懸濁液を均質化します。その後、サスペンションは使用またはストレージの準備ができています。
スプレーガンまたはエアブラシの貯留槽にアセトンを充填します。最初に紙の上の流れをテストします。エアブラシが清潔で閉塞しないようにしてください。
貯蔵中に、懸濁液はゲルに変わる。70°Cの密閉容器に混ぜて液体を得る。エアブラシの貯留部を電極懸濁液で満たします。
最初に紙の上に懸濁液の流れをテストします。準備された膜を取る。スプレーを開始する前に、スプレーガンの動きを開始します。
銃をまっすぐなストロークで動かし続けてください。一方の側を乾燥させてから、もう一方の側にスプレーを開始します。所望の厚さに達するまでスプレーします。
フレームから材料を慎重に取り除きます。繊維強化膜を使用した場合は、カットを繊維と合わせます。金属定規とメスを使って4分の3センチメートルの部分をカットします。
このカットサイズは、中型のバッチから中規模のバッチに最も便利です。しかし、作業アクチュエータを入手することは重要ではありません。金属管またはパイプを取り、その上にカット部分を固定します。
アクチュエータ素材の約1ミリメートルのみをテープで重ねるようにしてください。転写紙に細かい金を1枚取り、4センチに切ります。そのうちの一つをティッシュペーパーの上に置きます。
接着剤の薄い層でコンポジットをスプレーします。正確なレシピについては、テキストを参照してください。すぐにエアブラシを直立して保存します。
接着剤がまだ濡れている間、金箔の上にパイプを転がします。圧延には過度の圧力は必要ありません。転写を取り出し、ティッシュペーパーをもう一度ロールして、金が正しく取り付けられていることを確認します。
材料を乾燥させます。乾いたら、テープを慎重に取り外して、パイプから材料を取り出します。アセトンでパイプをきれいにしてください。
パイプに材料を固定し、パイプに面した金被覆側を固定します。その後、もう一方の側にも集電体をアタッチする手順を繰り返します。テープで覆われた側面に注意してください。
長方形または複雑な図形を切り取ります。4~20ミリメートルのサンプルは、特性評価に適しています。サンプルの長さを曲がり方向に合わせます。
ソフトグリッパーは最初に熱成形する必要があります。アクチュエータをガラスバイアルモールドに入れ、グリパーを熱成形して形状にします。アクチュエータが金型の中に入ったら、両方をオーブンに入れるか、赤外線を使用します。
グリッパーは、金の接点の間に配置され、金側は活物質に面しています。電圧ステップはペイロードを処理するために適用される。グリッパーを開ける。
グリッパーを閉じます。手でペイロードを持ち上げる。グリップをテストします。
そして最後に、ペイロードを解放する。ケルビンクリップは、キャラクタリゼーションに使用されます。アクチュエータをクランプの間に置き、ビデオカメラを使用して角度アルファを監視します。
三角信号の場合、機能アクチュエータの現在の応答は容量性です。一方、欠陥のあるサンプルからの応答は、オームの法則に密接に従い、抵抗しています。アクチュエータの構造を記述するために走査型電子顕微鏡を使用します。
サンプルは液体窒素を使用して凍結破壊され、クリーンカット断面を得る。注意:液体窒素容器の蓋を閉めないでください。圧力の蓄積は重傷を引き起こす可能性があります。
まず、アクチュエータを液体窒素で数分間凍結します。その後、冷凍サンプルを壊すためにクールなピンセットの2セットを使用してください。繊維強化アクチュエータは、凍結状態でも壊れない場合があります。
カメスをアクチュエーターと一緒に凍らせ、冷凍サンプルを2つに刻みます。これは、2つの炭素電極を示すPTFEアクチュエータの断面であり、PTFE膜によって分離され、アクチュエータを形成する。この方法の重要なポイントは、膜層にPTFEなどの不活性補強材を含めることである。
これにより、製造工程が大幅に簡素化され、活性材料を大規模に再現的に製造することができます。我々の方法は、イオンアクチュエータの産業規模の製造に向けた有望なルートを示しています。
