Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China sob Grant 62273304.

1. Síntese da lama ECPCs
<ol><li>Dispersar os CNTs num solvente de tolueno numa proporção de peso de 1:30 e diluir a base de PDMS com tolueno numa relação de peso de 1:1. NOTA: Todo o procedimento experimental, que é mostrado na Figura 1, deve ser realizado em uma capela de fumaça bem ventilada.</li>
	<li>Agitar magneticamente a suspensão de CNTs/tolueno e a solução de PDMS/tolueno à temperatura ambiente durante 1 h. NOTA: Esta etapa permite que os CNTs sejam bem dispersos na matriz do PDMS na etapa seguinte.</li>
	<li>Misturar a suspensão de CNTs/tolueno e a solução de PDMS/tolueno para formar uma mistura líquida de CNTs/PDMS/tolueno e agitar magneticamente esta mistura numa placa de aquecimento a 80 °C para evaporar o solvente (tolueno). NOTA: A evaporação do solvente aumenta a viscosidade da solução, que precisa ser controlada com precisão para facilitar o processo de mistura na próxima etapa. O tempo necessário para a evaporação completa do solvente é de 2 h.</li>
	<li>Adicionar o agente de cura PDMS à mistura CNTs/PDMS/tolueno a uma relação de peso de 10:1. NOTA: Nesta fase, a síntese da pasta ECPCs está completa.</li>
</ol>2. Fabricação dos eletrodos elásticos à base de canal microfluídico
<ol><li>Prepare o molde à base de SU-8 com diferentes padrões de canais microfluídicos usando a técnica de litografia convencional em um wafer Si. OBS: O processo de litografia do molde segue o método padrão sugerido na ficha técnica do fotorresiste utilizado; A espessura dos moldes é de cerca de 100 μm, enquanto três larguras de linha diferentes de 50 μm, 100 μm e 200 μm são usadas para todas as estruturas traço.</li>
	<li>Execute um processo de silanização no molde SU-8 imergindo o molde na solução de trietoxissilano (3-aminopropil). NOTA: Esta etapa facilita o descascamento do PDMS.</li>
	<li>Misture a solução de base PDMS e o agente de cura com uma relação de peso de 10:1 e coloque a mistura de PDMS não curada num exsicador a vácuo até que todas as bolhas de ar desapareçam.</li>
	<li>Despeje a mistura desgaseificada no molde fabricado na etapa 2.1 e coloque o molde com a solução PDMS não curada em uma placa de aquecimento a 85 °C por 1 h para curar completamente o PDMS e transferir o padrão do molde para o filme PDMS curado. Descasque a camada de PDMS com a ajuda de uma lâmina.</li>
	<li>Lançar uma pequena quantidade dos ECPCs preparados na etapa 1 na superfície do PDMS. Raspe cuidadosamente a lama de ECPCs ao longo do canal microfluídico em relevo com a ajuda de uma lâmina de barbear. NOTA: Durante este processo de raspagem, a lama ECPCs altamente viscosa é efetivamente aprisionada no padrão microcanal, e os resíduos deixados na superfície do PDMS podem ser removidos pela lâmina simultaneamente. Se for difícil raspar a lama de ECPCs no microcanal, recomenda-se aquecer a amostra para aumentar sua viscosidade. Esta etapa de revestimento pode ser repetida várias vezes até que o microcanal seja preenchido e eletrodos condutores contínuos sejam formados.</li>
	<li>Aquecer a amostra a 70 °C durante 2 h.</li>
	<li>Conecte os fios de cobre às duas extremidades dos eletrodos fabricados na última etapa usando pasta de prata condutora. O ponto de conexão é ainda selado e protegido pelo selante de borracha adesiva. NOTA: Nesta etapa, a fabricação dos eletrodos esticáveis baseados em ECPCs está concluída, como mostrado na Figura 2.</li>
</ol>3. Fabricação do sensor de pressão capacitivo
<ol><li>Fabricar o eletrodo macio com um desenho de efeito de franja interdigitado usando o método proposto (passos 2.1-2.7). NOTA: A folga entre eletrodos e a largura da linha do projeto de efeito de franja interdigitada são definidas para serem as mesmas, e duas configurações são fabricadas: 200 μm e 300 μm. Antes do procedimento de aquecimento (passo 2.6), que pode curar o eletrodo, recomenda-se limpar a superfície do eletrodo com fita adesiva para evitar um potencial curto-circuito entre os dois traços de eletrodo na estrutura interdigitada, uma vez que a fita escocesa pode aderir seletivamente à lama excessiva de ECPCs não curada remanescente na superfície do PDMS, e os ECPCs preenchidos no microcanal podem ser retidos.</li>
	<li>Prepare um molde impresso em 3D. NOTA: O molde é projetado para ter uma cavidade (3 cm de largura, 4 cm de comprimento e com uma altura de 10 mm) com uma abertura na qual o silicone líquido pode ser derramado.</li>
	<li>Misture bem os dois componentes da espuma flexível de silicone de platina com relações de peso para a Parte A:Parte B de 1:1 e 6:1 para preparar camadas dielétricas de espumas de silicone macias com dois tamanhos de poros. Mexa rapidamente. NOTA: A porosidade pode ser controlada ajustando a relação de mistura da Parte A e da Parte B.</li>
	<li>Despeje a mistura da última etapa no molde feito na etapa 3.2.</li>
	<li>Use uma placa com vários furos para cobrir a abertura do molde.</li>
	<li>Curar a mistura à temperatura ambiente durante 1 h. NOTA: Como a espuma de silicone se expande para duas a três vezes seu volume original após a cura, a espuma crescerá para fora dos furos, o que significa que a espessura da espuma na cavidade será igual à altura da cavidade do molde.</li>
	<li>Corte o excesso de espuma de silicone que vem pelos furos e retire a placa.</li>
	<li>Coloque a espuma dielétrica preparada sobre a camada de eletrodo macio interdigitalizada para finalizar a fabricação do sensor de pressão. NOTA: A espessura da espuma de silicone curada é de 10 mm.</li>
</ol>4. Caracterização da deformação do eletrodo
<ol><li>Aperte o eletrodo fabricado na etapa 2 entre os estágios móveis de um motor de passo modificado.</li>
	<li>Aplique deformação uniaxial ao eletrodo, controlando o estágio móvel para esticar o eletrodo. NOTA: A elasticidade aplicada pode ser calculada a partir do deslocamento do estágio móvel.</li>
	<li>Use um multímetro para registrar a medição de resistência.</li>
</ol>5. Caracterização da pressão do eletrodo
<ol><li>Fabricar um eletrodo em zigue-zague com um desenho equivalente ao eletrodo interdigitado (passos 2.1-2.7). NOTA: Considerando que os eletrodos de pente do eletrodo interdigitado possuem múltiplos dedos, o eletrodo em zigue-zague é projetado para montar os dedos em uma única via condutora para avaliar as propriedades elétricas do eletrodo interdigitado. O eletrodo testado inclui seis dedos com uma largura de 300 μm, e o espaçamento entre os dedos é de 2 mm.</li>
	<li>Monte a plataforma de carga de pressão conectando uma haste de carregamento impressa em 3D (2,5 cm de diâmetro), um sensor de pressão padrão e o estágio móvel de um motor de passo.</li>
	<li>Coloque o eletrodo fabricado sob a haste de carregamento impressa em 3D.</li>
	<li>Aplique pressão ao eletrodo controlando o estágio móvel para acionar a haste de carga movendo-se verticalmente em direção ao eletrodo por uma distância programada. NOTA: A pressão pode ser controlada ajustando o deslocamento do estágio em movimento, e a pressão padrão é calculada pela medição de força do sensor de força padrão.</li>
	<li>Use um multímetro para registrar a medição de resistência.</li>
</ol>6. Caracterização da pressão para o sensor de pressão capacitivo
<ol><li>Use a mesma plataforma da etapa 5 para aplicar pressão ao sensor de pressão capacitivo fabricado na etapa 3.</li>
	<li>Use um medidor LCR para registrar a medição de capacitância. NOTA: A capacitância é medida a uma frequência de ensaio de 1 kHz.</li>
</ol>

Eletrodos macios baseados em canal microfluídico para detecção de pressão capacitiva

<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>

Os autores não têm nada a revelar.

Neste protocolo, demonstramos um novo método de impressão baseado em canais microfluídicos para eletrodos esticáveis. O material condutor do eletrodo, a lama de ECPCs, pode ser preparado pelo método de evaporação de solvente, o que permite que os CNTs sejam bem dispersos na matriz PDMS, formando assim um polímero condutor que exibe uma elasticidade tão alta quanto o substrato PDMS.
No processo de raspagem, a lama de ECPCs é rapidamente preenchida no canal microfluídico do PDMS com a...

Sensores de pressão suave têm sido amplamente explorados em aplicações como pinças robóticas pneumáticas1, eletrônica vestível2, sistemas de interface homem-máquina3, etc. Em tais aplicações, o sistema sensorial requer flexibilidade e elasticidade para garantir o contato conformado com superfícies curvilíneas arbitrárias. Portanto, requer todos os componentes essenciais, incluindo o substrato, o elemento transdutor e o eletrodo, para fornecer funcionalidade consistente sob condições extremas de deformação4. Além disso, para manter o alto desempenho de sensoriamento, é essencial manter as mudanças nos eletrodos moles ao nível mínimo para evitar interferência nos sinais de sensoriamento elétrico5.
Como um dos componentes centrais dos sensores de soft pressão, eletrodos esticáveis capazes de sustentar altos níveis de tensão e deformação são cruciais para que o dispositivo preserve as vias condutoras estáveis e as características de impedância 6,7. Eletrodos macios com excelente desempenho geralmente possuem 1) alta resolução espacial na escala micrométrica e 2) alta elasticidade com forte aderência ao substrato, e estas são características indispensáveis para permitir eletrônica macia altamente integrada em um tamanho vestível8. Portanto, várias estratégias têm sido propostas recentemente para desenvolver eletrodos macios com as propriedades acima, tais como impressão a jato de tinta, serigrafia, spray printing, impressão por transferência, etc. 9. O método de impressão a jato de tinta6 tem sido amplamente utilizado devido às suas vantagens de fabricação simples, sem necessidade de mascaramento e uma baixa quantidade de desperdício de material, mas é difícil alcançar padrões de alta resolução devido a limitações em termos de viscosidade da tinta. A serigrafia10 e a spray printing11 são métodos de padronização simples e econômicos que exigem uma máscara de sombra no substrato. No entanto, a operação de colocar ou remover a máscara pode reduzir a clareza da padronização. Embora a impressão por transferência4 tenha sido relatada como uma maneira promissora de obter impressão de alta resolução, este método sofre de um procedimento complicado e um processo de impressão demorado. Além disso, a maioria dos eletrodos moles produzidos por esses métodos de padronização tem outras desvantagens, como a delaminação do substrato.
Neste artigo, apresentamos um novo método de impressão para a fabricação rápida de eletrodos macios econômicos e de alta resolução baseados em configurações de canais microfluídicos. Em comparação com outros métodos convencionais de fabricação, a estratégia proposta utiliza compósitos poliméricos condutores elásticos (ECPCs) como material condutor e canais microfluídicos em relevo litográfico para padronizar os traços dos eletrodos. A lama de ECPCs é preparada pelo método de evaporação de solvente e consiste de 7% em peso de nanotubos de carbono (CNTs) bem dispersos em uma matriz de polidimetilsiloxano (PDMS). Ao raspar a lama de ECPCs no canal microfluídico, eletrodos de alta resolução definidos por padrões litográficos podem ser produzidos. Além disso, como o eletrodo é baseado principalmente em PDMS, uma forte ligação é criada na interface entre o eletrodo baseado em ECPCs e o substrato PDMS. Assim, o eletrodo pode sustentar um nível de estiramento tão alto quanto o substrato PDMS. Os resultados experimentais confirmam que o eletrodo esticável proposto pode responder linearmente a deformações axiais de até 30% e apresentar excelente estabilidade em uma faixa de alta pressão de 0-400 kPa, indicando o grande potencial deste método para a fabricação de eletrodos moles em sensores capacitivos de pressão, o que também é demonstrado neste trabalho.

<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

Eletrodos flexíveis e esticáveis são componentes essenciais em sistemas sensoriais artificiais macios. Apesar dos recentes avanços na eletrônica flexível, a maioria dos eletrodos é restrita pela resolução de padronização ou pela capacidade de impressão a jato de tinta com materiais superelásticos de alta viscosidade. Neste artigo, apresentamos uma estratégia simples para fabricar eletrodos compósitos esticáveis baseados em microcanais, que pode ser obtida raspando compósitos de polímeros condutores elásticos (ECPCs) em canais microfluídicos em relevo litográfico. Os ECPCs foram preparados pelo método de evaporação de solventes voláteis, que obtém uma dispersão uniforme de nanotubos de carbono (CNTs) em uma matriz de polidimetilsiloxano (PDMS). Em comparação com os métodos convencionais de fabricação, a técnica proposta pode facilitar a fabricação rápida de eletrodos esticáveis bem definidos com lama de alta viscosidade. Como os eletrodos deste trabalho foram compostos de materiais totalmente elastoméricos, fortes interligações podem ser formadas entre os eletrodos baseados em ECPCs e o substrato baseado em PDMS nas interfaces das paredes dos microcanais, o que permite que os eletrodos exibam robustez mecânica sob altas tensões de tração. Além disso, a resposta mecânico-elétrica dos eletrodos também foi sistematicamente estudada. Finalmente, um sensor de pressão suave foi desenvolvido combinando uma espuma de silicone dielétrica e uma camada de eletrodos interdigitalizados (IDE), o que demonstrou grande potencial para sensores de pressão em aplicações de sensoriamento tátil robótico macio.

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.

Autor em destaque: eletrodos macios baseados em canais microfluídicos e sua aplicação em detecção de pressão capacitiva  

Eletrodos macios baseados em canais microfluídicos e sua aplicação em sensoriamento capacitivo de pressão

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.

Seguindo o protocolo, os ECPCs podem ser padronizados através do canal microfluídico, o que leva à formação de eletrodos esticáveis com alta resolução. As Figuras 3A, B mostram fotografias de eletrodos macios com diferentes desenhos de traços e resoluções de impressão. A Figura 3C mostra as diferentes larguras de linha dos eletrodos fabricados, incluindo 50 μm, 100 μm e 200 μm. A resistência de cada eletrodo é apresentada na <st...

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Os eletrodos flexíveis têm uma ampla gama de aplicações em robótica suave e eletrônica vestível. O presente protocolo demonstra uma nova estratégia para fabricar eletrodos altamente extensíveis com alta resolução via canais microfluídicos definidos litograficamente, o que abre caminho para futuros sensores de pressão suave de alto desempenho.

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

Nossa pesquisa realmente se concentra em eletrônica flexível e extensível para aplicações de sensoriamento, enquanto tenta desenvolver materiais inovadores e fabricação precisamente para sistemas eletrônicos flexíveis. Eletrodos flexíveis e esticáveis são componentes essenciais em sistemas sensoriais artificiais macios. Apesar dos recentes avanços na eletrônica flexível, a maioria dos eletrodos é restrita pela resolução de padrões ou pela capacidade de impressão a jato de tinta, materiais superelásticos de alta viscosidade.Neste protocolo, demonstramos um novo método de impressão baseado em canais microfluídicos para eletrodos esticáveis. O material condutor do eletrodo, o piso ECPC, pode ser raspado no microcanal, formando assim um polímero condutor que exibe uma elasticidade tão alta quanto o substrato PDMS. Em comparação com as ações produzidas pelos métodos de fabricação existentes, como impressão a jato de tinta, impressão raspada, impressão por spray e impressão por transferência, os elétrons macios baseados em canais microfluídicos propostos têm as vantagens de uma alta resolução de impressão e alta elasticidade, com a forte ligação ao substrato.O protocolo apresentado nesta pesquisa combina o casamento de materiais esticáveis e canais microfluídicos, possibilitando um método de aplicação rápido e de baixo custo para a produção de elétrons esticáveis de alta resolução para aplicações de sensoriamento tátil robótico macio.

microfluidic-channel-based-soft-electrodes-their-application

Research

JoVE Journal

Engineering

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

1.3K visualizações.  Zhejiang University. Nossa pesquisa realmente se concentra em eletrônica flexível e extensível para aplicações de sensoriamento, enquanto tenta desenvolver materiais inovadores e fabricação precisamente para sistemas eletrônicos flexíveis. Eletrodos flexíveis e esticáveis são componentes essenciais em sistemas sensoriais artificiais macios. Apesar dos recentes avanços na eletrônica flexível, a maioria dos eletrodos é restrita pela resolução de padrões ou pela capacidade de impressão a jato de ...

Vídeo: Autor em destaque: eletrodos macios baseados em canais microfluídicos e sua aplicação em detecção de pressão capacitiva  

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.

Engenharia

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.