Мягкие электроды на основе микрофлюидных каналов и их применение в емкостном измерении давления

Резюме

Гибкие электроды имеют широкий спектр применения в мягкой робототехнике и носимой электронике. Настоящий протокол демонстрирует новую стратегию изготовления электродов с высокой растяжимостью и высоким разрешением через литографически определенные микрофлюидные каналы, что прокладывает путь для будущих высокопроизводительных датчиков мягкого давления.

Аннотация

Гибкие и растягивающиеся электроды являются важными компонентами мягких искусственных сенсорных систем. Несмотря на последние достижения в области гибкой электроники, большинство электродов ограничены либо разрешением рисунка, либо возможностью струйной печати сверхэластичными материалами с высокой вязкостью. В этой статье мы представляем простую стратегию изготовления растягивающихся композитных электродов на основе микроканалов, которая может быть достигнута путем соскабливания эластичных проводящих полимерных композитов (ECPC) в литографически тисненые микрофлюидные каналы. ECPC были получены методом выпаривания летучих растворителей, который обеспечивает равномерную дисперсию углеродных нанотрубок (УНТ) в матрице полидиметилсилоксана (PDMS). По сравнению с традиционными методами изготовления, предлагаемая технология может способствовать быстрому изготовлению четко определенных растягивающихся электродов с высоковязкой суспензией. Поскольку электроды в этой работе были изготовлены из полностью эластомерных материалов, между электродами на основе ECPC и подложкой на основе PDMS на границах раздела стенок микроканалов могут образовываться прочные взаимосвязи, что позволяет электродам проявлять механическую прочность при высоких деформациях на растяжение. Кроме того, систематически изучался и механико-электрический отклик электродов. Наконец, мягкий датчик давления был разработан путем объединения диэлектрической силиконовой пены и слоя межпальцевых электродов (IDE), и это продемонстрировало большой потенциал для датчиков давления в приложениях мягкого роботизированного тактильного зондирования.

Введение

Мягкие датчики давления широко используются в таких приложениях, как пневматические роботизированные захваты¹, носимая электроника², системы человеко-машинного интерфейса³ и т. д. В таких приложениях сенсорная система требует гибкости и растяжимости для обеспечения конформного контакта с произвольными криволинейными поверхностями. Следовательно, для обеспечения постоянной функциональности в экстремальных условиях^{деформации 4} требуются все основные компоненты, включая подложку, преобразующий элемент и электрод. Кроме того, для поддержания высоких характеристик срабатывания д....

протокол

1. Синтез суспензии ECPCs

1. Диспергируют УНТ в растворитель толуола в массовом соотношении 1:30 и разбавляют основание PDMS толуолом в массовом соотношении 1:1.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Вся экспериментальная процедура, показанная на рисунке 1, должна проводиться в хорошо вентилируемом вытяжном шкафу.
2. Магнитно перемешивают суспензию УНТ/толуол и раствор ПДМС/толуола при комнатной температуре в течение 1 ч.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг позволяет хорошо диспергировать УНТ в матрице PDMS на следующем этапе.
3. Смешайте суспензию УНТ/толуол и раствор ПДМС/толуола с образованием жидкой смеси УНТ/ПДМС/толуол и магнитно....

Результаты

Следуя протоколу, ECPC могут быть структурированы через микрофлюидный канал, что приводит к образованию растягивающихся электродов с высоким разрешением. На рисунках 3А, В показаны фотографии мягких электродов с различными конструкциями трассировок и разрешен?.......

Обсуждение

В этом протоколе мы продемонстрировали новый метод печати на основе микрофлюидных каналов для растягивающихся электродов. Проводящий материал электрода, суспензия ECPC, может быть получен методом испарения растворителя, который позволяет УНТ хорошо диспергироваться в матрице PDMS, обра?.......

Материалы

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