Name: fabrication of carbon-based ionic electromechanically active soft actuators
Uploaded: 2020-04-25T13:00:00
Duration: 14 min 42 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators at JoVE.com

يود المؤلفان أن يشكرا رون هوفنكامب ومارسيل مولدر من شركة فيليبس للأبحاث على مناقشات مفيدة. وقد دعم هذا العمل جزئيا بتمويل البحوث المؤسسية IUT (IUT 20-24) التابع لوزارة التعليم والبحث الإستونية، منحة مجلس البحوث الإستوني (PUT1696)، من قبل صندوق التنمية الإقليمية الأوروبي، من قبل برنامج Mobilitas Pluss (منحة No MOBTP47)، من قبل برنامج الاتحاد الأوروبي للبحث والابتكار 2020 في إطار اتفاقية منحة ماري Skłodowska-Curie No 793377 (BIOACT)، ومشروع IMPACT-MII ، مشروع ابتكار صحة EIT. يتم دعم EIT Health من قبل EIT ، وهي هيئة من هيئات الاتحاد الأوروبي.

<ol>
	<li>Must, I., 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=Ionic+and+Capacitive+Artificial+Muscle+for+Biomimetic+Soft+Robotics.">Ionic and Capacitive Artificial Muscle for Biomimetic Soft Robotics.</a> Advanced Engineering Materials. 17 (1), 84-94 (2015).</li><li>McGovern, S., Alici, G., Truong, V. T., Spinks, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Finding+NEMO+(novel+electromaterial+muscle+oscillator):+A+polypyrrole+powered+robotic+fish+with+real-time+wireless+speed+and+directional+control.">Finding NEMO (novel electromaterial muscle oscillator): A polypyrrole powered robotic fish with real-time wireless speed and directional control.</a> Smart Materials and Structures. 18 (9), (2009).</li><li>Hines, L., Petersen, K., Lum, G. Z., Sitti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Actuators+for+Small-Scale+Robotics.">Soft Actuators for Small-Scale Robotics.</a> Advanced Materials. 29 (13), (2017).</li><li>Carpi, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electromechanically Active Polymers. , (2016).</li><li>Bar-Cohen, Y., Anderson, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroactive+polymer+(EAP)+actuators-background+review.">Electroactive polymer (EAP) actuators-background review.</a> Mechanics of Soft Materials. 1 (1), 5 (2019).</li><li>Schmitt, F., Piccin, O., Barb&#233;, L., Bayle, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+robots+manufacturing:+A+review.">Soft robots manufacturing: A review.</a> Frontiers Robotics AI. 5, (2018).</li><li>Rosset, S., Araromi, O. a., Schlatter, S., Shea, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+Process+of+Silicone-based+Dielectric+Elastomer+Actuators.">Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators.</a> Journal of Visualized Experiments. (108), 1-13 (2016).</li><li>Fukushima, T., Asaka, K., Kosaka, A., Aida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+Plastic+Actuator+through+Layer-by-Layer+Casting+with+Ionic-Liquid-Based+Bucky+Gel.">Fully Plastic Actuator through Layer-by-Layer Casting with Ionic-Liquid-Based Bucky Gel.</a> Angewandte Chemie International Edition. 44 (16), 2410-2413 (2005).</li><li>Takeuchi, I., 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=Electromechanical+behavior+of+fully+plastic+actuators+based+on+bucky+gel+containing+various+internal+ionic+liquids.">Electromechanical behavior of fully plastic actuators based on bucky gel containing various internal ionic liquids.</a> Electrochimica Acta. 54 (6), 1762-1768 (2009).</li><li>Mukai, K., 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=High+performance+fully+plastic+actuator+based+on+ionic-liquid-based+bucky+gel.">High performance fully plastic actuator based on ionic-liquid-based bucky gel.</a> Electrochimica Acta. 53 (17), 5555-5562 (2008).</li><li>Fedkiw, P. S., Her, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Impregnation-Reduction+Method+to+Prepare+Electrodes+on+Nafion+SPE.">An Impregnation-Reduction Method to Prepare Electrodes on Nafion SPE.</a> Journal of the Electrochemical Society. 136 (3), 899-900 (1989).</li><li>Akle, B. J., Bennett, M. D., Leo, D. J., Wiles, K. B., McGrath, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+assembly+process:+a+novel+fabrication+technique+for+large+strain+ionic+polymer+transducers.">Direct assembly process: a novel fabrication technique for large strain ionic polymer transducers.</a> Journal of Materials Science. 42 (16), 7031-7041 (2007).</li><li>Akle, B., Nawshin, S., Leo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+of+high+strain+ionomeric+polymer+transducers+fabricated+using+the+direct+assembly+process.">Reliability of high strain ionomeric polymer transducers fabricated using the direct assembly process.</a> Smart Materials and Structures. 16 (2), 1-6 (2007).</li><li>Otero, T. F., Angulo, E., Rodr&#237;guez, J., Santamar&#237;a, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemomechanical+properties+from+a+bilayer:+polypyrrole+/+non-conducting+and+flexible+material+-+artificial+muscle.">Electrochemomechanical properties from a bilayer: polypyrrole / non-conducting and flexible material - artificial muscle.</a> Journal of Electroanalytical Chemistry. 341 (1-2), 369-375 (1992).</li><li>Smela, E., Ingan&#228;s, O., Pei, Q., Lundstr&#246;m, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+muscles:+Micromachining+fingers+and+corkscrews.">Electrochemical muscles: Micromachining fingers and corkscrews.</a> Advanced Materials. 5 (9), 630-632 (1993).</li><li>Simaite, A., Mesnilgrente, F., Tondu, B., Sou&#232;res, P., Bergaud, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+inkjet+printable+conducting+polymer+artificial+muscles.">Towards inkjet printable conducting polymer artificial muscles.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 229, 425-433 (2016).</li><li>P&#245;ldsalu, I., M&#228;ndmaa, S. -. E., Peikolainen, A. -. L., Kesk&#252;la, A., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+ion-conducting+carbon-polymer+composite+electrodes+by+spin-coating.">Fabrication of ion-conducting carbon-polymer composite electrodes by spin-coating.</a> Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD). , 943019 (2015).</li><li>Kaasik, F., 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=Scalable+fabrication+of+ionic+and+capacitive+laminate+actuators+for+soft+robotics.">Scalable fabrication of ionic and capacitive laminate actuators for soft robotics.</a> Sensors and Actuators, B: Chemical. 246, 154-163 (2017).</li><li>Sugino, T., Shibata, Y., Kiyohara, K., Asaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Actuation+mechanism+of+dry-type+polymer+actuators+composed+by+carbon+nanotubes+and+ionic+liquids.">Actuation mechanism of dry-type polymer actuators composed by carbon nanotubes and ionic liquids.</a> Sensors and Actuators, B: Chemical. 273, 955-965 (2018).</li><li>Conway, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transition+from+"Supercapacitor"+to+"Battery"+Behavior+in+Electrochemical+Energy+Storage.">Transition from "Supercapacitor" to "Battery" Behavior in Electrochemical Energy Storage.</a> Journal of The Electrochemical Society. 138 (6), 1539 (1991).</li><li>White, B. T., Long, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+Polymeric+Materials+for+Electromechanical+Devices.">Advances in Polymeric Materials for Electromechanical Devices.</a> Macromolecular Rapid Communications. 40 (1), 1-13 (2019).</li><li>Addinall, R., 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=Integration+of+CNT-based+actuators+for+bio-medical+applications+-+Example+printed+circuit+board+CNT+actuator+pipette.">Integration of CNT-based actuators for bio-medical applications - Example printed circuit board CNT actuator pipette.</a> IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM. , 1436-1441 (2014).</li><li>Zhang, J., Wu, J., Yu, J., Zhang, X., He, J., Zhang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+ionic+liquids+for+dissolving+cellulose+and+fabricating+cellulose-based+materials:+State+of+the+art+and+future+trends.">Application of ionic liquids for dissolving cellulose and fabricating cellulose-based materials: State of the art and future trends.</a> Materials Chemistry Frontiers. 1 (7), 1273-1290 (2017).</li><li>Must, I., Rinne, P., Krull, F., Kaasik, F., Johanson, U., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+Actuators+as+Manipulators+for+Microscopy.">Ionic Actuators as Manipulators for Microscopy.</a> Frontiers in Robotics and AI. 6, (2019).</li><li>Torop, J., Palmre, V., Arulepp, M., Sugino, T., Asaka, K., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+supercapacitor-like+actuator+with+carbide-derived+carbon+electrodes.">Flexible supercapacitor-like actuator with carbide-derived carbon electrodes.</a> Carbon. 49 (9), 3113-3119 (2011).</li><li>Torop, J., Sugino, T., Asaka, K., J&#228;nes, A., Lust, E., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoporous+carbide-derived+carbon+based+actuators+modified+with+gold+foil:+Prospect+for+fast+response+and+low+voltage+applications.">Nanoporous carbide-derived carbon based actuators modified with gold foil: Prospect for fast response and low voltage applications.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 161 (1), 629-634 (2012).</li><li>Vella, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Buffering+by+buckling+as+a+route+for+elastic+deformation.">Buffering by buckling as a route for elastic deformation.</a> Nature Reviews Physics. 1 (7), 425-436 (2019).</li><li>Rinne, P., 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=Encapsulation+of+ionic+electromechanically+active+polymer+actuators.">Encapsulation of ionic electromechanically active polymer actuators.</a> Smart Materials and Structures. , (2019).</li><li>Nakshatharan, S. S., Punning, A., Johanson, U., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+electrical+terminals+made+of+copper+to+the+ionic+electroactive+polymer+actuators.">Effect of electrical terminals made of copper to the ionic electroactive polymer actuators.</a> Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 10163, 101632 (2017).</li><li>Punning, A., 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=Ionic+electroactive+polymer+artificial+muscles+in+space+applications.">Ionic electroactive polymer artificial muscles in space applications.</a> Scientific Reports. 4 (1), 6913 (2014).</li><li>Sugino, T., Kiyohara, K., Takeuchi, I., Mukai, K., Asaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Actuator+properties+of+the+complexes+composed+by+carbon+nanotube+and+ionic+liquid:+The+effects+of+additives.">Actuator properties of the complexes composed by carbon nanotube and ionic liquid: The effects of additives.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 141 (1), 179-186 (2009).</li><li>Punning, A., Vunder, V., Must, I., Johanson, U., Anbarjafari, G., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+scanning+electron+microscopy+study+of+strains+of+ionic+electroactive+polymer+actuators.">In situ scanning electron microscopy study of strains of ionic electroactive polymer actuators.</a> Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 27 (8), 1061-1074 (2016).</li><li>Must, I., Kaasik, F., P&#245;ldsalu, I., Johanson, U., Punning, A., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+carbide-derived+carbon+laminate+used+as+a+mechanoelectrical+sensor.">A carbide-derived carbon laminate used as a mechanoelectrical sensor.</a> Carbon. 50 (2), 535-541 (2012).</li><li>Kruusam&#228;e, K., Punning, A., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+model+of+a+carbon-polymer+composite+(CPC)+collision+detector.">Electrical model of a carbon-polymer composite (CPC) collision detector.</a> Sensors. 12 (2), 1950-1966 (2012).</li><li>Palmre, V., 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=Nanoporous+carbon-based+electrodes+for+high+strain+ionomeric+bending+actuators.">Nanoporous carbon-based electrodes for high strain ionomeric bending actuators.</a> Smart Materials and Structures. 18 (9), 095028 (2009).</li><li>Torop, 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=Microporous+and+mesoporous+carbide-derived+carbons+for+strain+modification+of+electromechanical+actuators.">Microporous and mesoporous carbide-derived carbons for strain modification of electromechanical actuators.</a> Langmuir. 30 (10), 2583-2587 (2014).</li><li>Baughman, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotube+Actuators.">Carbon Nanotube Actuators.</a> Science. 284 (5418), 1340-1344 (1999).</li><li>Palmre, V., 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=Electroactive+polymer+actuators+with+carbon+aerogel+electrodes.">Electroactive polymer actuators with carbon aerogel electrodes.</a> Journal of Materials Chemistry. 21 (8), 2577 (2011).</li><li>Lu, 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=Highly+stable+air+working+bimorph+actuator+based+on+a+graphene+nanosheet/carbon+nanotube+hybrid+electrode.">Highly stable air working bimorph actuator based on a graphene nanosheet/carbon nanotube hybrid electrode.</a> Advanced Materials. 24 (31), 4317-4321 (2012).</li><li>Kong, L., Chen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotube+and+Graphene-based+Bioinspired+Electrochemical+Actuators.">Carbon Nanotube and Graphene-based Bioinspired Electrochemical Actuators.</a> Advanced Materials. 26 (7), 1025-1043 (2014).</li><li>Nakshatharan, S. S., Johanson, U., Punning, A., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling,+fabrication,+and+characterization+of+motion+platform+actuated+by+carbon+polymer+soft+actuator.">Modeling, fabrication, and characterization of motion platform actuated by carbon polymer soft actuator.</a> Sensors and Actuators, A: Physical. 283, 87-97 (2018).</li></ol>

وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

قدمنا طريقة تصنيع بسيطة وسريعة وقابلة للتكرار ومتعددة الاستخدامات لإعداد مركب أيوني ميكانيكيا ً نشطاً لمختلف تطبيقات الأكتوات، ومع تعديلات طفيفة أيضاً لتخزين الطاقة، وحصاد33 أو استشعار34 تطبيقاً. الأسلوب الحالي يركز على الأغشية مع عنصر سلبي متكامل وخامل كيميائيا (على سبيل المثال، شبكة البوليمر المقوى النسيج أو غشاء تفلون مسامية للغاية، انظر أيضا الشكل 3)لأن هذه الأغشية تبسيط كبير عملية إعداد الأكتواتر أيضا على نطاق واسع. وعلاوة على ذلك، فإن الأغشية الناتجة لديها خطر أقل من تورم والتواء بسبب المذيبات (أو المنحل بالكهرباء) في تعليق القطب أو من تشكيل نقطة ساخنة الدائرة القصيرة مقارنة مع العديد من أساليب التصنيع الشائعة الأخرى والمواد.
الخطوات الحرجة في إعداد صفح الأكتاتور بالسعة هي إعداد الغشاء ، وتصنيع الأقطاب الكهربائية ، ومرفق جامع التيار ، والقطع ، والاتصال(الشكل 2). كل من هذه الخطوات يترك مجالا للتخصيص وتحسين الأداء ، ولكن أيضا للأخطاء. في القسم التالي سوف نناقش التعديلات المفيدة واستراتيجيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها من طريقة التصنيع هذه بمزيد من التفصيل. نتائج مركبة عالية الأداء من التفاعل بين العديد من الجوانب الرئيسية التي تحتاج إلى أن تؤخذ في الاعتبار: الموصلية الإلكترونية الكافية على طول القطب (إضافة جامع الذهب الحالي إلى أقطاب الكربون)؛ الموصلية الأيونية الكافية من خلال الغشاء (استخدام غشاء رقيقم مسامي وكمية كافية من المنحل بالكهرباء منخفضة اللزوجة ، والحد من المخاطر على التفاعلات غير المواتية بين الغشاء والكهارل باستخدام شبكة البوليمر الخاملة) ؛ مساحة سطح عالية من القطب (حدد نوع الكربون مناسبة)؛ الشوارد المصممة التي تؤدي إلى تورم / تقلص غير متناظرة من الأقطاب الكهربائية (حدد المنحل بالكهرباء مناسبة)؛ المعلمات الميكانيكية (مودولي يونغ من المكونات). كما تم تسليط الضوء على هذه الجوانب الرئيسية للأكتوات عالية الأداء القائمة على الكربون في الشكل 1B.
غشاء عالي الأداء هو الجزء المركزي من هذا المركب. لديها مهمتين: منع الموصلية الإلكترونية (الدوائر القصيرة) بين الأقطاب الكهربائية مع تمكين الموصلية الأيونية العالية. ويمكن أن تخدم التعديلات المدخلة على الغشاء عدة أغراض، مثل تكامل الأدوات كما أدخلها Must et al.24 أو إضافة خصائص جديدة (مثل التوافق البيولوجي أو التحلل البيولوجي أو الخصائص الميكانيكية المختلفة). يمكن تعديل طريقة التصنيع الحالية لاستخدام البوليمرات والشوارد الأخرى في الغشاء لإدخال خصائص جديدة إلى صفح نشط. مثل استراتيجية اختيار المذيبات التي أدخلت هنا للأجهزة الفعالة المقوى بالمنسوجات ، من المستحسن اختيار المذيبات الأكثر فقراً لتصنيع الأقطاب الكهربائية اللاحقة مقارنة بإعداد الغشاء. وهذا يضمن أن الغشاء لا يزال وظيفيا وسليمة أيضا بعد إضافة الأقطاب الكهربائية.
يتأثر أداء الأكتيان للمركب النهائي بمادة القطب المختار (الكربون) ، والكهارل وربما توافقها مع بعضها البعض. يقدم هذا البروتوكول تصنيع الصفيحة بالسعة القائمة على الكربون باستخدام كربيد البورون المشتق من الكربون و1-إيثيل-3-ميثيليمازوليوم ثلاثي فلوروروميثانسولفونات ([EMIM][OTf]) السائل الأيوني. ومع ذلك ، فإن نفس البروتوكول قابل للتكيف مع مواد الكربون الأخرى المحددة في منطقة السطح ، مثل الكربونات المشتقة من كربيد من مصادر أخرى (على سبيل المثال ، TiC35، SiC أو Mo2C36)، الأنابيب النانوية الكربونية8،37، aerogel الكربون38 أو الجرافين39، وغيرها ، كما استعرضت أيضا مؤخرا40.38 وعلاوة على ذلك، يمكن أيضا استخدام الشوارد الأخرى في إعداد الأكتواتر. ولا يقتصر الحصول على مركب وظيفي على أنواع الكربون والسوائل الأيونية المعروضة في هذا البروتوكول. حجم جسيمات الكربون، والتكتل ممكن في تعليق القطب واللزوجة التعليق هي أكثر المعلمات حاسمة لعملية طلاء رذاذ.
تمكن هذه الطريقة من إنتاج مواد صفح نشطة ميكانيكيًا ذات خصائص قابلة للاستنساخ بكميات كبيرة. يتم تصغير المحركات المصنوعة من هذه المواد بشكل رئيسي باستخدام قطع عالي الدقة (على سبيل المثال ، الشكل 3C). طرق بديلة لإعداد الهياكل الدقيقة، مثل اخفاء، والنقش ممكنة أثناء رذاذ الطلاء41. وعلاوة على ذلك، يمكن أيضا أن تكون منقوشة هياكل على نطاق ملليمتر في الذهب الحالي التالي مرفق الخطوة. ومع ذلك، في نطاق دون ملليمتر هذا قد تصبح صعبة للغاية. قد يكون من الأسهل إعداد أنواع أخرى من الأكتوات أو الأكتوات القائمة على الكربون دون جامعي تيار الذهب ، إذا كانت الميزات القابلة للنقش يجب أن تكون في مقياس الميكرومتر.
المحفزات الناعمة في جوهرها التي تستجيب للمحفزات الكهربائية لديها العديد من المزايا بفضل طبيعتها الناعمة والمتوافقة، والتشغيل الهادئ ومستويات الجهد المطلوبة المنخفضة. يوضح البروتوكول الحالي كيفية إنتاج مثل هذه المواد بكميات أكبر ومع تكرار دفعة إلى دفعة عالية وداخل الدفعة دون المساس بأداء الاكتويشن. ومن المتوخى إدخال تعديلات على الطريقة الحالية لإدراج مكونات أكثر ملاءمة للبيولوجيا وربما أيضا قابلة للتحلل البيولوجي من شأنها أن تمكن من تشغيل الكائنات الحية القريبة أو الداخلية بالإضافة إلى نهج التغليف الكلي الناجح، وإدماج المواد النشطة المدخلة في الأجهزة الروبوتية أو الطبية الحيوية الناعمة في المستقبل.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:715px;" width="715">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">~150 &#181;m thick gold plates for custom contacts</td>
			<td style="width:127px;">local jeweler</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">99.9% purity (24K)</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate ([EMIM][OTf])</td>
			<td style="width:127px;">Solvionic</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">100 ml Erlenmeyer flask</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">4-methyl-2-pentanone (MP)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">&#8805;99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">acetone</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">technical grade</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">analytical balance</td>
			<td style="width:127px;">Mettler Toledo AB204-S/PH</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="92">
			<td height="92" style="height:92px;width:219px;">carbon powder</td>
			<td style="width:127px;">Y Carbon</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">boron carbide derived carbon, particle size &#60;10 &#181;m, specific surface area 1800 m2/g, pore volume 0.5 cm3/g</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">carbon powder</td>
			<td style="width:127px;">Skeleton Technologies</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">titanium carbide derived carbon</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">circular disk magnets (neodymium) for custom contacts</td>
			<td style="width:127px;">local hardware store</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">d = 2 mm, thickness 1 mm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">compressed air supply for the airbrush</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:219px;">crocodile clips with jaws insulated from each other (Kelvin clips)</td>
			<td style="width:127px;">local hardware store</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">Optional for making custom contacts. Regular crocodile clips are not suitable because there the jaws are connected to each other at the spring.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">disposable foam cup</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">epoxy glue</td>
			<td style="width:127px;">local hardware store</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">preferaby fast cure epoxy for attaching gold contacts to magnets</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">filter paper for drying</td>
			<td style="width:127px;">Munktell, Filtrak</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">e.g. diameter 150 mm and up if 142 mm PTFE sheet is used.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">flat nose tweezers</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">glass funnel</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">gold leaf on transfer sheets</td>
			<td style="width:127px;">Giusto Manetti Battiloro</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">24K</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">graduated glass cylinder</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">hairdryer or a heat gun</td>
			<td style="width:127px;">e.g. Philips</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">infrared ligth bulb</td>
			<td style="width:127px;">e.g. Philips</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:219px;">liquid nitrogen</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">CAUTION: Never close the lid of a liquid nitrogen container tightly. The pressure build-up could cause serious injuries.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">magnetic stirrer / hotplate</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">magnetic stirrer bars</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">about 1 cm long</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">metal pipe</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">e.g. d = 3 cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">metal ruler</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">micrometer thickness gauge</td>
			<td style="width:127px;">Mitotuyo</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">range 0-25&#160;mm, precision 0.001&#160;mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">N,N-dimethylacetamide (DMAc)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">paintbursh</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">plastic embroidery hoops</td>
			<td style="width:127px;">e.g. Pony</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">select the diameter depending on the desired batch size (e.g. 7.5 cm to 25 cm)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">plastic Pasteur pipettes</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">polyethylene-based laboratory stretch film</td>
			<td style="width:127px;">DuraSeal</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">polyvinylidene difluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">Mn = 130000, Mw = 400000</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">polyvinylidene fluoride (PVDF)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">Mw (g/mol) = 534000</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">potentiostat/galvanostat/FRA</td>
			<td style="width:127px;">PARSTAT 2273</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">needed for electrochemical characterization</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">propylene carbonate (PC)</td>
			<td style="width:127px;">Merck</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">99%</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">PTFE filtration membrane</td>
			<td style="width:127px;">Omnipore</td>
			<td style="width:136px;">JVWP14225</td>
			<td style="width:233px;">0.1 &#181;m pore size, hydrophilic , 142&#160;mm diameter, 30&#160;&#181;m thickness, 80% porosity</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">PTFE filtration membrane</td>
			<td style="width:127px;">Omnipore</td>
			<td style="width:136px;">JGWP14225</td>
			<td style="width:233px;">0.2 &#181;m pore size, hydrophilic , 142&#160;mm diameter, 65&#160;&#181;m thickness, 80% porosity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">scalpel</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">scotch tape</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">silk (woven textile)</td>
			<td style="width:127px;">Esaki Model Manufacturing</td>
			<td style="width:136px;">#3</td>
			<td style="width:233px;">11.5 g/m2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">soldering equipment</td>
			<td style="width:127px;">local hardware store</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">For connecting the ~150 &#181;m gold plates to the clips</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">spray gun, airbrush</td>
			<td style="width:127px;">Iwata HP TR-2</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">sputter coater</td>
			<td style="width:127px;">Leica EM ACE600</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">tabletop scanning electron microscope</td>
			<td style="width:127px;">Hitachi TM3000</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">ultrasonic processor</td>
			<td style="width:127px;">Hielscher UP200S</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of carbon-based ionic electromechanically active soft actuators

الصفيحة الفعالة بالسعة الكهربائية الأيونية هي نوع من المواد الذكية التي تتحرك استجابة للتحفيز الكهربائي. نظرًا للطبيعة الناعمة والمتوافقة والمحاكاة الحيوية لهذا التشوه ، تلقت الآلات المصنوعة من صفح اهتماممتزايد بالروبوتات الناعمة والتطبيقات الطبية (الحيوية). ومع ذلك ، هناك حاجة إلى طرق لتصنيع المواد النشطة بسهولة بكميات كبيرة (حتى صناعية) ومع تكرار دفعة عالية إلى دفعة وداخل الدفعة لنقل المعرفة من المختبر إلى الصناعة. يصف هذا البروتوكول طريقة بسيطة وقابلة للتطوير صناعيًا وقابلة للاستنساخ لتصنيع التغليفات النشطة الكهروميكانيكية النشطة الأيونية وإعداد الأكتورات التي يتم تصنيعها. إن إدراج طبقة وسطى خاملة وخاملة كيميائياً (غير قابلة للذوبان) (مثل شبكة بوليمر معززة بالمنسوجات أو تفلون مسامي ة) يميز الطريقة عن غيرها. وينقسم البروتوكول إلى خمس خطوات: إعداد الغشاء، وإعداد القطب، مرفق جامع الحالي، وقطع وتشكيل، وactuation. بعد نتائج البروتوكول في مادة نشطة يمكن، على سبيل المثال، استيعاب والاحتفاظ كائن على شكل عشوائي كما هو موضح في المقالة.

نقطة النهاية الأساسية للتمييز بين تجربة ناجحة وفاشلة هي استجابة المادة للإشارات الكهربائية بعد الاتصال بها إلى مصدر طاقة. في الهندسة الكهربائية، والنحاس هو مادة معروفة لصنع الاتصال. ومع ذلك ، النحاس هو أيضا الكهربائية النشطة ، وبالتالي ليست مناسبة لإجراء اتصال مع نظام أيوني ة أدخلت هنا. استخدام الاتصالات النحاس يمكن أن يسبب الدوائر القصيرة بسبب تكوين dendrite من خلال المركب. وعلاوة على ذلك، في حالة توصيف المواد، فإنه من المستحيل التمييز بين التيارات (والفعل) النابعة من المواد الكهرونشطة وتلك النابعة من النشاط الكهروكيميائي للنحاس29. لقد أظهرنا سابقا أن الاكتياشن - على الرغم من عدم موثوقية - دون أي مواد نشطة مضافة (أي بدون أقطاب البوليمر المستندة إلى الكربون أو الموصلة) ممكن في حالة أغشية الأيونومر الرطب (على سبيل المثال، نافيون) وفقط محطات النحاس29. لذلك ، تم إجراء جميع التجارب مع المواد النشطة هنا باستخدام جهات اتصال الذهب الخاملفقط.
التحليل الطيفي للمعاوقة الكهروكيميائية (EIS) هو طريقة غير مدمرة لتوصيف واستكشاف الأخطاء وإصلاحها من المواد الأكتواتال السعة قبل الاستخدام. تم التقاط أطياف المعاوقة في الشكل 4C و 4D باستخدام potentiostat / galvanostat / FRA في تكوين اثنين من القطب. ووُضعت العينة (20 ملم × 4 ملم × 150 ميكرومتر) بين جهات اتصال ذهبية، وُضعت سعة إشارة الإدخال أثناء قياس المعاوقة إلى 5 ميغافولتفي جمهورية مقدونيا، وتم مسح الترددات من 200 كيلوهرتز إلى 0.01 هرتز. الشكل 4C و 4D تظهر أطياف المعاوقة النموذجية من الأكتورات مع ارتفاع (~ 300 درجة2)أو مع منخفضة (~ 5 درجة2)المقاومة الداخلية، على التوالي. تم تسجيل الأطياف باستخدام عينة مع غشاء PTFE الجاف وعينة أخرى مع الغشاء المنقوع ، على التوالي. وتميل الموصلية الأيونية الأعلى من خلال المادة إلى أن تتوافق مع العاملين الأسرع وربما أيضاً بمزيد من الإزاحة بنفس تردد التشغيل (انظر الشكل 4باء)،إذا ظلت جميع المعلمات الأخرى (مثل المعلمات الميكانيكية) دون تغيير والمواد بشكل عام نشطة.
الطبيعة غير المدمرة لEIS مفيدة بشكل خاص للكشف عن الدوائر القصيرة في المركب. وفي حالة الأكتوعات المعدة وفقا للبروتوكول الحالي، غالبا ما يكون سبب الدوائر القصيرة حطام جامع الحالي على جانبي الأكتواتور (انظر تعليمات القطع في الخطوة 4-1-1) أو نادرا ما يكون بسبب غشاء معيب (على سبيل المثال، عندما لا تغطي جميع الثقوب في الغشاء المعزز بالمنسوجات على النحو التعليمات الواردة في القسم 1-5). سيتم تقديم المقاوم (في هذه الحالة دائرة قصيرة) كنقطة على مؤامرة Nyquist لتجربة EIS. وملاحظة هذه الاستجابة مؤشر معين على وجود عينة معيبة (انظر الشكلين 4C و 4D للاطلاع على أطياف مرجعية من العاملين في مجال القدرات الوظيفية). وعادة ما لا تعمل العينات ذات الدوائر القصيرة. وعلاوة على ذلك، فإن هذه في معظم الأحيان تكون عديمة الفائدة بشكل دائم بسبب التدفئة المقاومة وذوبان الناتجة عن المركب عندما حاول أن يعمل.
في شكله الوظيفي ، هذه المادة هي مكثف مزدوج الطبقة الذي يظهر حركة الانحناء استجابة لشحن وتفريغ طبقة مزدوجة بفضل الشوارد المصممة خصيصا المستخدمة في تصنيعها. قياس الفولتام الدوري (CV) هو تقنية تستخدم على نطاق واسع في الكيمياء الكهربائية لدراسة أنظمة مختلفة. خلال تجربة السيرة الذاتية ، تتنوع إمكانات القطب العامل (في هذه الحالة أحد أقطاب الأكتوات) فيما يتعلق بقطب مضاد (هنا القطب الآخر للأكتوات) بسرعة ثابتة (على سبيل المثال ، 800 mV / s بين ± 2 V) ويتم تسجيل الاستجابة الحالية من النظام باستخدام potentiostat. يتم تقديم استجابة نموذجية الحالية من صفح السعة في الشكل 4E. الاستجابة الحالية للعينة مع غشاء PTFE غارقة (في الرمادي الداكن في 4E)يشبه أن من مكثف المثالي: التيار لا يعتمد على إمكانات القطب وعلى عكس الإمكانات، يتم تغيير الاتجاه الحالي (وبالتالي علامته) (تقريبا) على الفور، مما أدى إلى (تقريبا) مستطيلة الفولتاموغرام. تظهر الاستجابة الحالية للعينة ذات الغشاء الجاف في البداية (باللون الوردي في 4E)سلوك مكثف أقل مثالية بمعدل المسح هذا ، ربما بسبب المقاومة الداخلية العالية للمادة (كما يتضح أيضًا من EIS في الشكل 4C). ومع ذلك، تظهر كلتا العينتين الطبيعة السعة للمركب. من ناحية أخرى ، تظهر الخطوط الرمادية الفاتحة في الشكل 4E السلوك المحتمل من العينات الخاطئة (على سبيل المثال ، تلك الدائرة القصيرة) التي من شأنها أن تتبع قانون Ohm عن كثب.
يتم تقديم أداء العاملين وظيفية مختلفة في الشكل 4A والشكل 4B. الشكل 4A يظهر لقطات من الفيديو حيث 5 الاصبع الحرارية التي تسيطر على الأكتوات، يحمل ويطلق كائن على شكل عشوائي استجابة لخطوات الجهد. وعادة ما تستخدم أبسط الهندسات لأغراض توصيف المواد. على سبيل المثال ، يبرز الشكل 4B الأكتياتورات غشاء PTFE الجافة والمنقوعة 'أقصى زاوية الانحناء28،30 استجابة لإشارات الجهد الثلاثي بين ± 2 V. من أجل توصيف مواد الأكتواتتور المختلفة ، تم وضع عينات (4 مم × 20 مم × 150 ميكرومتر) بين المشابك الذهبية في موضع cantilever (ترك طول حر 18 مم للتشغيل) وتم تسجيل زاوية الانحناء باستخدام كاميرا فيديو. بدلا من ذلك، حركة نقطة واحدة على طول الأكتوات (على سبيل المثال، 5 ملم من جهات الاتصال) وقد تم عادة رصد هافيالوقت واستخدامها في حسابات الفرق سلالة31،32. معالجة الفيديو ، على الرغم من أن أكثر تعقيدا ، ويعطي المزيد من المعلومات عن التشكيل الجانبي الانحناء كله من العينة ، وتمكن أيضا من إعادة تحليل الأداء في وقت لاحق ، إذا كان ينبغي أن تنشأ مثل هذه الحاجة. نقطة 0.1 هرتز في الشكل 4B يتوافق مع نفس الإشارة بالضبط كما هو مستخدم في تجارب قياس فولتامطي دوري من الشكل 4E، سواء من حيث الجهد الأكتيتوروكذلك وكذلك تردد التشغيل. باستخدام نفس الإشارة للتوصيف والتنشيط يسمح لنا، على سبيل المثال، بالتوصل إلى استنتاجات حول الطبيعة السعة للمواد وحول استقرار وعدم وجود تفاعلات الكهروكيميائية أثناء الاكتياب.
الأساليب الكهروكيميائية (EIS، CV)، تصور بنية الأكتواتتور في مستوى الميكرومتر (عادة) وتوصيف الإزاحة هي الطرق الأكثر شيوعا ً لتوصيف الأكتاتورات الأيونية وتقييم نجاح عملية التصنيع. ومع ذلك، غالباً ما يتم تطوير التجارب المخصصة لتقييم أداء الأكتواتر في تطبيق أكثر تحديداً لتقييم الأداء الخاص بالتطبيق (على سبيل المثال، القدرة على حمل حمولة).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig3.jpg"> الشكل 3: التصوير. المسح الضوئي الميكروتروني تظهر غشاء PTFE مسامية للغاية(A)ومقطع عرضي من الأكتيوات الذي أدلى به باستخدام نفس الغشاء لا يظهر أي delamination(C). رسم مجهري SEM يظهر مقطععرضي من جهاز عمل معزز بالمنسوجات(D)وصورة بصرية لتعزيز الحرير المقابل(B). عينات لSEM المقاطع العرضية كانت أول كسر بالتبريد باستخدام النيتروجين السائل، شنت على حامل عينة معدنية ثم sperمع 5 نانومتر من الذهب لتعريف أفضل باستخدام معطف السافل. تم استخدام مجهر إلكتروني مسح سطح الطاولة للتصوير في جهد تسارع 15 كيلوفولت. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig3large.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig4.jpg"> الشكل 4: النتائج التمثيلية للأكتوات. (أ)خطوات الجهد والصور المقابلة من القابض خمسة الذراع استيعاب متوافق كائن مع شكل عشوائي (أكتواتور دون اتصالات 21 ملغ؛ تحميل رغوة البوليسترين 17.8 ملغ)؛ (ب)مجموع زاوية الانحناء من 4 ملم × 20 ملم × 150 ميكرومتر PTFE المستندة إلى الأكتاتورات التي فرضت بين جهات اتصال الذهب (18 ملم طول حر) استجابة لإشارة التشغيل الثلاثي (± 2 V) في ترددات التشغيل المختلفة (ن = 3، تمثل أشرطة الخطأ انحرافمعياري واحد للمتوسط)؛ (C و D) أطياف المعاوقة الكهروكيميائية النموذجية للصفائح النشطة كهربائياً (سعة إشارة 5 mVRMS)؛ (E) قياس فولتام دوري نموذجي للصفائح السعة (إشارة التثليث باستخدام سرعة مسح 800 mV/s التي تتوافق مع نقاط 0.1 هرتز في B). الخطوط الرمادية على التصوير الشعاعي للثدي دوري هي للمقارنة وتظهر استجابة من الأكتوات الخاطئ المحتملة (أساسا المقاوم) التي من شأنها أن تتبع عن كثب قانون أوم. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig4large.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig5.jpg"> الشكل 5: سبين التجفيف أثناء إعداد الغشاء. (أ)مخططات الإعداد(B)صورة الإعداد مع إطار مع تعزيز المرفقة. أثناء التجفيف تدور، قوة الطرد المركزي يوجه المذيبات المتبقية في طبقة الغشاء نحو حافة الإطار. هذا يمكن أن يكون مفيدا لتسريع عملية التجفيف. ومع ذلك ، في حالة الأغشية الرطبة تمامًا ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى فقدان المواد النشطة (البوليمر والسائل الأيوني) وبالتالي يجب تجنبه. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig5large.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators at JoVE.com

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

تصف هذه المقالة عملية تصنيع سريعة وبسيطة للمواد المركبة النشطة الكهروميكانيكية الأيونية للآلات في تطبيقات الطب الحيوي والمحاكاة الحيوية والروبوتات الناعمة. يتم وصف خطوات التصنيع الرئيسية ، وأهميتها للخصائص النهائية للشركات المحركة ، وبعض تقنيات التوصيف الرئيسية بالتفصيل.

تصنيع الاكتورات اللينة الفعالة الكهربية الفعالة من الكربون

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, ...

يصف هذا البروتوكول تصنيع المواد الكهروميكانيكية القائمة على الكربون التي تعمل على استخدام تطبيقات الطب الحيوي والروبوتات اللينة. الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي أنها تمكن من تصنيع قابلة للاستنساخ من المحركات الأيونية أيضا بكميات كبيرة. مشاهدة هذا الفيديو يجب أن تعطيك فهم جيد حول كيفية تصنيع واستخدام المحركات الأيونية.وينقسم البروتوكول إلى خمس خطوات. أولاً، يتم إعداد غشاء إجراء أيون. ثم يتم تغطيتها بأقطاب كربونية تعتمد على الذهب التي يتم إرفاقها بجامعي التيار الذهبي.بعد قطع العينة في الشكل ، والمواد جاهزة للاستخدام. للبدء، اختر بين غشاء ثلاثي PTFE، نفس الغشاء المنقوع في الكهارل، أو غشاء مقزّز من النسيج. كل خيار ينتج عنه المحرك الوظيفي.راجع النص للحصول على تعليمات حول التحديد. يتم إعداد المواد باستخدام إطار. خذ ورقة PTFE المسامية العالية ووضعها على الإطار.مشدود وربط ورقة على الإطار. يجب الحرص على عدم تلف الغشاء الجاف. مرة واحدة في الغشاء جاهز، انتقل إلى خطوة تلفيق القطب.تأخذ طبق بيتري كبيرة ووضع ورقة PTFE المسامية عالية داخل. إضافة فائض من السائل الأيونية. تأكد من تغطية الورقة بالكامل.مرة واحدة يتم نقع الغشاء بما فيه الكفاية، وإزالة الزائدة باستخدام ماصة. ضع الغشاء بين أوراق التصفية بعناية لإزالة أي سائل أيوني متبقي لم يتم امتصاصه بواسطة ورقة PTFE. كرر هذه العملية حتى تكون الورقة شبه شفافة ولكن ليس الرطب.مشدود وربط الغشاء المنقوع على إطار من البلاستيك. تأكد من تجنب أي تجاعيد وطيات. الآن بعد أن الغشاء جاهز، انتقل إلى الأمام إلى خطوة تلفيق القطب.اتخاذ النسيج مع ألياف خاملة غرامة وربطه على إطار. تأكد من مشدود جيدا. تقليم أي نسيج الزائدة باستخدام مقص.إزالة بعناية أي ألياف فضفاضة. أثناء العمل تحت غطاء الدخان ، قم بتغطية النسيج بطبقة رقيقة من محلول الغشاء. انظر النص للوصفة الدقيقة.اسمحوا الطبقة الأولى تجف تماما. أولاً، استخدم بندقية الحرارة وبندقية الحرارة في وقت لاحق مع إعداد مخصص لتسريع عملية التجفيف. تجنب استخدام معدل دوران مرتفع للغاية على غشاء رطب تمامًا لأنه قد يؤدي إلى فقدان المواد النشطة.انظر النص لمزيد من التفاصيل. فحص الغشاء ضد الإضاءة الخلفية للثقوب. استمر في تطبيق طبقات الطلاء حتى يتم الحصول على غشاء خالٍ من العيوب.إضافة طبقات الغشاء اللاحقة مع الحذر الشديد. تطبيق طبقات رقيقة ممكن، ويذهب أبدا أكثر من الأسطح الرطبة بالفعل مرتين. تطبيق الطبقات على كلا الجانبين.بهذه الطريقة، ستبقى التعزيزات في منتصف المركبة. اسمحوا طبقة واحدة الجافة قبل إضافة أخرى. بمجرد الحصول على غشاء خال من العيوب ، تحقق من سمكه باستخدام مقياس سمك.حاليا، هو 54 ميكرومتر. في قارورة مختومة، حل البوليمر في المذيبات عن طريق التحريك بين عشية وضحاها في 70 درجة مئوية باستخدام مُحرك مغناطيسي ولوحة ساخنة يتم التحكم فيها بدرجة حرارة. انظر النص للوصفة الدقيقة.في قارورة أخرى، تزن مسحوق الكربون، إضافة السائل الأيونية، المذيبات، وشريط ضجة المغناطيسي. ختم القارورة ومزيج. مرة واحدة وقد متجانسة تعليق الكربون والبوليمر قد حل، إصلاح أو إزالة حبة المغناطيسي وصب حل البوليمر في تعليق الكربون.استخدام 10 ملليلتر من المذيبات لإزالة بقايا البوليمر من جدران قارورة وإضافته إلى تعليق الكربون. التجانس التعليق باستخدام مسبار بالموجات فوق الصوتية. بعد ذلك، يكون التعليق جاهزًا للاستخدام أو التخزين.ملء خزان بندقية رش أو فرشاة الهواء مع الأسيتون. اختبر التدفق على قطعة من الورق أولاً. تأكد من أن فرشاة الهواء نظيفة وخالية من الانسدادات.أثناء التخزين، قد يتحول التعليق إلى هلام. اخلطه في وعاء مغلق عند درجة حرارة 70 درجة مئوية للحصول على سائل. ملء خزان فرشاة الهواء مع تعليق القطب.اختبر تدفق التعليق على قطعة من الورق أولاً. خذ الغشاء المعد. بدء تحريك بندقية الرش قبل البدء في رش.حافظ على المسدس يتحرك في ضربات مستقيمة. اسمحوا أحد الجانبين الجافة قبل البدء في رش على الجانب الآخر. رذاذ حتى تم التوصل إلى سمك المطلوب.قم بإزالة المادة بعناية من الإطار. إذا تم استخدام الغشاء المنسوجات المسلحة، ثم محاذاة قطع مع الألياف. قطع قطعة أربعة في ثلاثة سنتيمترات باستخدام مسطرة معدنية ومشرط.هذا الحجم هو الأكثر ملاءمة بالنسبة للمجموعات الصغيرة والمتوسطة الحجم. ومع ذلك، فإنه ليس من الضروري للحصول على المحركات العاملة. اتخاذ أنبوب معدني أو أنبوب وإصلاح قطعة قطع على ذلك.حاول أن تتداخل فقط حوالي ملليمتر واحد من المواد المحرك مع الشريط. خذ ورقة من الذهب الناعم على ورق النقل وقطعها إلى أربعة قطع في أربعة سنتيمترات. ضع واحدة منها على ورق منديل.رش المركب مع طبقة رقيقة من الغراء. انظر النص للوصفة الدقيقة. بسرعة تخزين فرشاة الهواء تستقيم.لفة الأنابيب على ورقة الذهب في حين أن الغراء لا يزال الرطب. لا حاجة للضغط المفرط للتدحرج. إزالة نقل ولفة على ورقة الأنسجة مرة أخرى للتأكد من أن الذهب هو تعلق بشكل صحيح.ضع المادة لتجف. مرة واحدة الجافة، وإزالة الشريط بعناية للافراج عن المواد من الأنابيب. تنظيف الأنابيب مع الأسيتون.إصلاح المواد على الأنابيب، الذهب المغلفة الجانب التي تواجه الأنابيب. ثم كرر الخطوات لإرفاق جامع الحالي على الجانب الآخر أيضا. لاحظ الجوانب التي تم تغطيتها بشريط.قطع المستطيلات أو الأشكال أكثر تعقيدا. عينة أربعة في 20 ملليمتر جيدة لتوصيف. قم بمحاذاة طول العينة مع اتجاه التقويس.يجب أن يكون القابض الناعم ذي شكل حراري أولاً. وضع المحرك في قالب قارورة الزجاج لحرارة المحرك في الشكل. بمجرد أن يكون المحرك داخل القالب ، ضعهما في الفرن أو استخدمي ضوء الأشعة تحت الحمراء.يتم وضع القابض بين جهات الاتصال الذهب، والجانب الذهب التي تواجه المواد النشطة. يتم تطبيق خطوات الجهد لمعالجة الحمولة. فتح القابض.إغلاق القابض. رفع الحمولة باليد. اختبار قبضة.وأخيراً، إطلاق الحمولة. وتستخدم مقاطع كلفن لتوصيف. ضع المحرك بين المشابك واراقب زاوية ألفا باستخدام كاميرا فيديو.في حالة الإشارة الثلاثية ، فإن الاستجابة الحالية للمحرك الوظيفي هو بالسعة. في حين أن الاستجابة من عينة معيبة تتبع عن كثب قانون أوم ومقاومة. استخدام المجهر الإلكتروني المسح لوصف هيكل المحرك.يتم تجميد العينات كسر باستخدام النيتروجين السائل للحصول على قطع نظيفة المقاطع العرضية. تنبيه: لا تغلق غطاء حاوية النيتروجين السائل. تراكم الضغط يمكن أن يسبب إصابات خطيرة.أولا، تجميد المحرك لبضع دقائق في النيتروجين السائل. ثم استخدام مجموعتين من ملاقط باردة لكسر العينة المجمدة. قد لا تكسر المحركات المنسوجات المسلحة حتى في حالة المجمدة.تجميد مشرط جنبا إلى جنب مع المحرك وختم العينة المجمدة إلى قطعتين. هذا هو المقطع العرضي من PTFE المحرك تظهر اثنين من أقطاب الكربون، مفصولة بغشاء PTFE، وتشكيل المحرك. النقطة الرئيسية في هذه الطريقة هي إدراج تعزيز خامل مثل PTFE في طبقة الغشاء.هذا يبسط عملية التصنيع بشكل كبير، ويمكن من إنتاج المواد النشطة على نطاق واسع. طريقتنا تظهر طريقا واعدا نحو تصنيع على نطاق صناعي من المحركات الأيونية.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

تلفيق من أكاسيد مجمع المحصورة مكانيا

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

في الوقت الحقيقي DC-ديناميكية لتبديل طريقة يتحامل تحسين الوقت في Underdamped بشدة التهديب الميدان كهرباء MEMS المحركات

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

عملية تصنيع عازل المرنة الأجهزة التنفيذية القائمة على السيليكون

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Free-form Light Actuators ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Â Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

المحركات الخفيفة ذات شكل حر - تصنيع ومراقبة يشتغل في مقياس المجهري

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

التنفيذ التجريبي لأسلوب تصنيع مركب جديد: تعريض الألياف العارية على سطح مركب بواسطة الأسلوب طبقة لينة

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

تصنيع المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط مع الدوائر المائلة

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

دراسة استجابة متذبذبة القص السعة الكبيرة من مواد لينة

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl ...

Controlling Flow Speeds of Microtubule-Based 3D Active Fluids Using Temperature

التحكم في سرعات تدفق السوائل النشطة ثلاثية الابعاد المستندة إلى Microtubule باستخدام درجه الحرارة

We present a method for using temperature to tune the flow speeds of kinesin-driven, microtubule-based three-dimensional (3D) active fluids. This method ...

Rapid Manufacturing of Thin Soft Pneumatic Actuators and Robots

التصنيع السريع من المشغلات الهوائية لينه رقيقه والروبوتات

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a ...

Modeling and Experimental Analysis of the Single-Shaft Coaxial Motor-Pump Assembly in Electrohydrostatic Actuators

النمذجة والتحليل التجريبي لمجموعة المضخة ذات المحرك المحوري أحادي المحور في المحركات الكهروهيدروستاتيكية

An electrohydrostatic actuator (EHA) can be the most promising alternative compared with the traditional hydraulic servo actuators for its high power ...