Mikroakışkan Kanal Bazlı Yumuşak Elektrotlar ve Kapasitif Basınç Algılamada Uygulamaları

Özet

Esnek elektrotlar, yumuşak robotik ve giyilebilir elektronikte çok çeşitli uygulamalara sahiptir. Mevcut protokol, litografik olarak tanımlanmış mikroakışkan kanallar aracılığıyla yüksek çözünürlüğe sahip yüksek oranda gerilebilir elektrotlar üretmek için yeni bir strateji göstermektedir ve bu da gelecekteki yüksek performanslı yumuşak basınç sensörlerinin önünü açmaktadır.

Özet

Esnek ve gerilebilir elektrotlar, yumuşak yapay duyusal sistemlerde temel bileşenlerdir. Esnek elektronikteki son gelişmelere rağmen, çoğu elektrot ya desen çözünürlüğü ya da yüksek viskoziteli süper elastik malzemelerle mürekkep püskürtmeli baskı yeteneği ile sınırlıdır. Bu yazıda, elastik iletken polimer kompozitlerin (ECPC'ler) litografik olarak kabartılmış mikroakışkan kanallara kazınmasıyla elde edilebilecek mikrokanal tabanlı gerilebilir kompozit elektrotları üretmek için basit bir strateji sunuyoruz. ECPC'ler, bir polidimetilsiloksan (PDMS) matrisinde karbon nanotüplerin (CNT'ler) düzgün bir şekilde dağılmasını sağlayan uçucu bir çözücü buharlaştırma yöntemi ile hazırlanmıştır. Geleneksel üretim yöntemleriyle karşılaştırıldığında, önerilen teknik, yüksek viskoziteli bulamaç ile iyi tanımlanmış gerilebilir elektrotların hızlı bir şekilde üretilmesini kolaylaştırabilir. Bu çalışmadaki elektrotlar tamamen elastomerik malzemelerden oluştuğundan, ECPC'ler tabanlı elektrotlar ile PDMS tabanlı substrat arasında, mikrokanal duvarlarının arayüzlerinde güçlü ara bağlantılar oluşturulabilir, bu da elektrotların yüksek gerilme gerinimleri altında mekanik sağlamlık sergilemesini sağlar. Ek olarak, elektrotların mekanik-elektrik tepkisi de sistematik olarak incelenmiştir. Son olarak, bir dielektrik silikon köpük ve bir interdijitasyonlu elektrot (IDE) tabakasının birleştirilmesiyle yumuşak bir basınç sensörü geliştirildi ve bu, yumuşak robotik dokunsal algılama uygulamalarında basınç sensörleri için büyük bir potansiyel gösterdi.

Giriş

Yumuşak basınç sensörleri, pnömatik robotik tutucular¹, giyilebilir elektronikler², insan-makine arayüz sistemleri³ gibi uygulamalarda geniş çapta araştırılmıştır. Bu tür uygulamalarda, duyusal sistem, keyfi eğrisel yüzeylerle konformal temas sağlamak için esneklik ve gerilebilirlik gerektirir. Bu nedenle, aşırı deformasyon koşulları altında tutarlı işlevsellik sağlamak için substrat, dönüştürücü eleman ve elektrot dahil olmak üzere tüm temel bileşenlerin kullanılmasını gerektirir⁴. Ayrıca, yüksek algılama performansını korumak için, elektrik algılama sinyallerinde paraziti....

Protokol

1. ECPCs bulamacının sentezi

1. CNT'leri 1:30 ağırlık oranında bir toluen çözücüye dağıtın ve PDMS bazını 1:1 ağırlık oranında toluen ile seyreltin.
   NOT: Şekil 1'de gösterilen tüm deneysel prosedür, iyi havalandırılan bir duman davlumbazında gerçekleştirilmelidir.
2. CNT/toluen süspansiyonunu ve PDMS/toluen çözeltisini oda sıcaklığında 1 saat boyunca manyetik olarak karıştırın.
   NOT: Bu adım, CNT'lerin bir sonraki adımda PDMS matrisine iyi dağılmasını sağlar.
3. Sıvı CNT'ler/PDMS/toluen karışımı oluşturmak için CNT'ler/toluen süspansiyonunu ve PDMS/toluen çözeltisini karıştırın ve çözücüyü (tolüe....

Tartışmalar

Bu protokolde, gerilebilir elektrotlar için yeni bir mikroakışkan kanal tabanlı baskı yöntemi gösterdik. Elektrotun iletken malzemesi olan ECPC'lerin bulamacı, CNT'lerin PDMS matrisine iyi dağılmasını sağlayan çözücü buharlaştırma yöntemi ile hazırlanabilir, böylece PDMS substratı kadar yüksek bir gerilebilirlik sergileyen iletken bir polimer oluşturur.

Kazıma işleminde, ECPC'lerin bulamacı bir tıraş bıçağı yardımıyla PDMS mikroakışkan kanalına hızla dol.......

Malzemeler

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