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

Forfatterne vil gerne takke Ron Hovenkamp og Marcel Mulder fra Philips Research for nyttige diskussioner. Dette arbejde blev delvis støttet af den institutionelle forskningsfinansiering IUT (IUT 20-24) under det estiske undervisnings- og forskningsministerium, af tilskuddet fra Det Estiske Forskningsråd (PUT1696), af Den Europæiske Fond for Regionaludvikling, af programmet Mobilitas Pluss (Grant No MOBTP47), af Den Europæiske Unions Forsknings- og Innovationsprogram Horisont 2020 under Marie Skłodowska-Curie-tilskudsaftalen nr. , et innovationsprojekt for Etit-sundhed. EIT Health støttes af ETI, et eu-organ.

<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>

Forfatterne har intet at afsløre.

Vi præsenterede en enkel, hurtig, repeterbar og alsidig fabrikationsmetode til ionisk elektromekanisk aktiv kompositforberedelse til forskellige aktuatorapplikationer og med mindre ændringer også til energilagring, høst33 eller sensing34 applikationer. Den nuværende metode fokuserer på membraner med en integreret passiv og kemisk inert komponent (f.eks. et tekstilforstærket polymernetværk eller en meget porøs Teflonmembran, se også figur 3), fordi sådanne membraner forenkler aktuatorforberedelsesprocessen betydeligt også i stor skala. Desuden har de resulterende membraner en lavere risiko for hævelse og buckling på grund af opløsningsmidler (eller elektrolyt) i elektrodesuspensionen eller kortslutningshotspotdannelse sammenlignet med mange andre almindelige aktuatorfabrikationsmetoder og -materialer.
De kritiske trin i det kapacitive aktuatorlaminatpræparat er membranpræparatet, elektrodefremstilling, strømopsamlertilbehør, skæring og kontakt (figur 2). Hvert af disse trin giver plads til tilpasning og optimering af ydeevnen, men også til fejl. I det følgende afsnit vil vi diskutere de gavnlige ændringer og fejlfinding strategier for denne fabrikation metode i yderligere detaljer. En højtydende komposit resultater fra samspillet mellem flere centrale aspekter, der skal holdes for øje: tilstrækkelig elektronisk ledningsevne langs elektroden (tilføje guld strøm opsamler til kulstof elektroder); tilstrækkelig ionisk ledningsevne gennem membranen (brug en tynd porøs membran og tilstrækkelig mængde elektrolyt med lav viskositet, reducere risikoen for ugunstige interaktioner mellem membranen og elektrolytten ved hjælp af et inert polymernetværk) elektrodens høje overfladeareal (vælg en passende kulstoftype) skræddersyede elektrolytter, der resulterer i asymmetrisk hævelse/sammentrækning af elektroderne (vælg en passende elektrolyt) mekaniske parametre (Youngs moduli af komponenterne). Disse hovedaspekter af en højtydende kulstofbaseret aktuator er også fremhævet i figur 1B.
En højtydende membran er den centrale del af denne sammensætning. Det har to opgaver: forhindre elektronledningsevne (kortslutninger) mellem elektroderne, samtidig med at høj ionisk ledningsevne. Ændringer af membranen kan tjene flere formål, for eksempel værktøjsintegration som indført ved Must et al.24 eller tilsætning af nye egenskaber (f.eks. biokompatibilitet, bionedbrydelighed eller forskellige mekaniske egenskaber). Den nuværende fabrikationsmetode kan ændres til at bruge andre polymerer og elektrolytter i membranen til at indføre nye egenskaber til det aktive laminat. Ligesom den strategi for valg af opløsningsmiddel, der introduceres her for de tekstilforstærkede aktuatorer, er det tilrådeligt at vælge dårligere opløsningsmidler til den efterfølgende elektrodefabrikation sammenlignet med membranpræparatet. Dette sikrer, at membranen forbliver funktionel og intakt også efter tilsætning af elektroder.
Den endelige komposits aktiveringsevne påvirkes af det valgte elektrodemateriale (kulstof), elektrolytten og muligvis deres kompatibilitet med hinanden. Denne protokol indfører fremstilling af kulstofbaserede kapacitive laminater ved hjælp af borcarbidafledt kulstof og 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluormethansulfonat ([EMIM][OTf]) ionisk væske. Den samme protokol kan imidlertid tilpasses andre kulstofmaterialer med højt specifikke overfladeareal, såsom kulstofholdige kulstofstoffer fra35andre kilder (f.eks.368,37238 3940 Desuden kan der også anvendes andre elektrolytter i aktuatorpræparatet. Opnåelse af en funktionel komposit er ikke begrænset til de kulstof- og ioniske væsketyper, der præsenteres i denne protokol. Carbonpartikelstørrelsen, deres mulige agglomeration i elektrodesuspensionen og suspensionens viskositet er mere afgørende parametre for spray-belægningsprocessen.
Denne metode gør det muligt at fremstille elektromekanisk aktivt laminatmateriale med reproducerbare egenskaber i store mængder. Miniaturisering af aktuatorer fremstillet af dette materiale udføres hovedsagelig ved hjælp af højpræcisionsskæring (f.eks. figur 3C). Alternative metoder til fremstilling af fine strukturer, såsom maskering, og mønstre er mulige under spray-belægning41. Desuden kan millimeter-skala strukturer også mønstres i den efterfølgende guld nuværende opkøber vedhæftet fil trin. Men i sub-millimeter skala dette kan blive ganske vanskeligt. Andre typer aktuatorer eller kulstofbaserede aktuatorer uden guldstrømssamlere kan være lettere at forberede, hvis de mønstrelige egenskaber skal være i mikrometerskalaen.
Egen bløde aktuatorer, der reagerer på elektriske stimuli, har mange fordele takket være deres bløde og kompatible natur, støjsvag drift og lavt krævede spændingsniveauer. Den nuværende protokol viser, hvordan man producerer sådant materiale i større mængder og med høj batch-til-batch og in-batch repeterbarhed uden at gå på kompromis med aktiveringydeevne. Ændringer af den nuværende metode til at indarbejde mere biovenlige og muligvis også bionedbrydelige komponenter, der vil gøre det muligt at fungere tæt eller inde i levende organismer ud over vellykkede samlede indkapslingsmetoder, og integrationen af det indførte aktive materiale i blød robot- eller biomedicinsk udstyr forestilles for fremtiden.

Ioniske elektromekanisk aktive polymer- eller polymerkompositter er i sig selv bløde og kompatible materialer, der har fået stigende interesse for forskellige bløde robotteknologi og biomimetiske anvendelser (f.eks. som aktuatorer, gribere eller bioinspirerede robotter1,2). Denne type materiale reagerer på elektriske signaler i området af et par volt, hvilket gør dem nemme at integrere med konventionel elektronik og strømkilder3. Mange forskellige typer af ioniske aktuator grundmaterialer er tilgængelige, som beskrevet i detaljer andetsteds4,og igen for ganske nylig5. Desuden er det for nylig blevet særlig understreget, at udviklingen af soft robotic-udstyr vil være meget tæt forbundet med udviklingen af avancerede fremstillingsprocesser for relevante aktive materialer og komponenter6. Desuden er betydningen af et effektivt og veletableret procesflow i udarbejdelsen af reproducerbare aktuatorer, der har potentiale til at flytte fra laboratoriet til industrien, også blevet fremhævet i tidligere metodersbaserede undersøgelser7.
I løbet af de sidste årtier er der udviklet eller tilpasset mange fabrikationsmetoder til fremstilling af aktuatorer (f.eks. lag-for-lag støbning8 og hot-pressing9,10, imprægnering-reduktion11, maling12,,13,eller sputtering og efterfølgende elektrokemisk syntese14,15, inkjet trykning16 og spin-coating17); nogle metoder er mere universelle, og nogle er mere begrænsende med hensyn til materialevalg end andre. Men mange af de nuværende metoder er temmelig kompliceret og / eller mere egnet til laboratorieskala fabrikation. Den nuværende protokol fokuserer på en hurtig, repeterbar, pålidelig, automatiseret og skalerbar aktuatorfabrikationsmetode til fremstilling af aktive laminater med lav batch-til-batch og variation i batchen og en lang aktuatorlevetid18. Denne metode kan bruges af materialeforskere til at udvikle højtydende aktuatorer til den næste generation af bioinspirerede applikationer. Desuden giver efterdenne metode uden ændringer soft robotics ingeniører og lærere et aktivt materiale til udvikling og prototyping af nye enheder, eller til undervisning i soft robotics koncepter.
Ioniske elektromekanisk aktive polymer- eller polymeraktuatorer er typisk fremstillet af to- eller trelagslaminarkompositter og bøjes som reaktion på elektrisk stimulation i området med få volt (figur 1). Denne bøjningsbevægelse skyldes hævelses- og sammentrækningseffekterne i elektrodelagene, og den medbringes typisk enten ved hjælp af faradiske (redox) reaktioner på elektroderne (f.eks. i tilfælde af elektromekanisk aktive polymerer (EOP'er) som de ledende polymerer) eller ved kapacive ladninger af dobbeltlaget (f.eks. i kulstofbaserede polymerelektroder, hvor polymeren kun kan fungere som bindemiddel). I denne protokol (figur 2) fokuserer vi på sidstnævnte; vi viser fremstillingen af en elektromekanisk aktiv komposit, der består af to højt specifikke overfladeareal elektronisk ledende kulstofbaserede elektroder, der er adskilt af en inaktiv ion-ledende membran, der letter bevægelsen af kationer og anioner mellem elektroderne - en konfiguration meget lig superkondensatorerne. Denne type aktuator bøjer som reaktion på kapacitive opladning/udledning, og den deraf følgende hævelse/sammentrækning af elektroderne tilskrives typisk forskellene i volumen og mobilitet af kationer og anioner af elektrolytten8,10,19. Medmindre overfladefunktionaliseret kulstof anvendes som det aktive materiale, eller den kapacitive komposit anvendes uden for elektrokemiskstabilitetspotentialevinduet i elektrolytten, forventes der ikke at finde faradaiske reaktioner sted på denne type elektroder20. Manglen på faradaiske reaktioner er den største bidragyder til denne aktuators gavnlige levetid (dvs. tusindvis af cyklusser i luft8,18 vist for forskellige kapacitive aktuatorer).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4.jpg"> Figur 1: Strukturen af den kulstofbaserede aktuator i neutral (A) og i aktueret tilstand (B). (B) fremhæver også de vigtigste egenskaber, der bestemmer en ionisk aktuators ydeevne. Bemærk: Tallet er ikke tegnet til skala. Ionstørrelse er blevet overdrevet for at illustrere den mest almindeligt citerede aktiveringsmekanisme, der er fremherskende i tilfælde af en inaktiv membran, der muliggør mobilitet for både anioner og kationer af elektrolytten (f.eks. ionisk væske). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
Opnåelse af en funktionel membran, der forbliver intakt gennem hele fremstillingsprocessen er et af de vigtigste trin i den vellykkede aktuator forberedelse. En højtydende membran til en aktuator er så tynd som muligt og muliggør ionisk ledningsevne mellem elektroderne, mens enhver elektronisk ledningsevne blokeres. Den ioniske ledningsevne i membranen kan skyldes at kombinere elektrolytten med et inert porøst netværk (f.eks. den metode, der anvendes i denne protokol) eller ved brug af specifikke polymerer med kovalent bundet ioniserede enheder eller andre grupper, der muliggør interaktioner med elektrolytten. Den tidligere tilgang foretrækkes her for sin enkelhed, mens specifikt skræddersyede interaktioner mellem elektrolytten og polymernetværket også kan have fordele, hvis ugunstige interaktioner (f.eks. blokering eller opbremsning af ionbevægelse betydeligt på grund af interaktioner) kan udelukkes. Det store udvalg af ionomeriske eller på anden måde aktive membraner til elektromekanisk aktive aktuatorer og deres deraf følgende aktiveringsmekanismer er blevet gennemgået for nylig21. Membranvalget spiller ud over elektrodevalget en afgørende rolle for aktuatorens ydeevne, levetid og aktiveringsmekanisme. Den nuværende protokol fokuserer primært på inaktive membraner, der giver den porøse struktur til ionmigration (som vist på figur 1), selv om dele af protokollen (f.eks. membranvalg C) også kan vise sig at være gavnlige for aktive membraner.
Ud over membranmaterialevalget spiller dens fabrikationsmetode også en vigtig rolle i opnåelsen af en funktionel separator til kompositten. Tidligere anvendte støbte membraner har tendens til at smelte under det senere hot-pressing trin og kan derfor danne kortslutningshotspots22. Desuden har kommercielle ionomeriske membraner (f.eks. Nafion) tendens til at svulme op og spænde betydeligt som reaktion på opløsningsmidler, der anvendes i de senere fremstillingstrin12, og nogle polymerer (f.eks. cellulose23) er kendt for at opløse spænd i nogle ioniske væsker, hvilket muligvis kan forårsage problemer med fabrikationsprocessens repeterbarhed og resulterer i dårlig ensartethed af elektroderne. Derfor fokuserer denne protokol på aktuatorer med en integreret passiv og kemisk inaktiv komponent i membranen (f.eks. glasfiber eller silke med PVDF eller PTFE), der forhindrer kompositten i at blive hævelser og bukker i senere fabrikationstrin eller danner kortslutningshotspots. Desuden forenkler tilføjelsen af en inert og passiv komponent fremstillingsprocessen betydeligt og muliggør større batchstørrelser sammenlignet med mere traditionelle metoder.
Medtagelsen af en passiv forstærkning i membranen blev først introduceret af Kaasik etal. 18 for at løse ovennævnte problemer i aktuatorfremstillingsprocessen. Medtagelsen af en vævet tekstilforstærkning (se også figur 3B og 3D) giver yderligere mulighed for at integrere værktøjer i den aktive komposit24 eller til at udvikle intelligente tekstiler18. Membranmulighed C i protokollen er derfor mere velegnet til sådanne anvendelser. I tilfælde af miniaturiserede aktuatorer (i submillimeter-niveauet) bliver det passive til aktive komponentforhold i membranen imidlertid mere og mere ugunstigt, og medtagelsen af en bestilt tekstilforstærkning kan begynde at påvirke aktuatorens ydeevne negativt og prøve-til-prøve-repeterbarheden. Desuden kan retningen af forstærkningen (langs eller diagonalt i forhold til bøjningsretningen) påvirke ydeevnen af mere komplekst formede aktuatorer uventet. Derfor ville en mindre ordnet og meget porøs inert struktur være mere gavnligt for miniaturiserede aktuatorer og mere komplekse aktuatorformer.
Polytetrafluorethylen (PTFE, også kendt under handelsnavnet Teflon) er en af de mest inaktive polymerer kender til dato. Det er typisk meget hydrofob, men overfladebehandlede versioner, der er gjort hydrofile eksisterer, som er lettere anvendelige i aktuatorfremstilling. Figur 3A illustrerer den tilfældige struktur af en inaktiv hydrofil PTFE-filtreringsmembran, der blev anvendt i denne protokol til aktuatorpræparat. Ud over ensartetheden af dette materiale i alle retninger, der er gavnligt for at skære ud miniaturiserede aktuatorer eller komplekse former, ved hjælp af en kommerciel filtrering membran med kontrolleret porøsitet yderligere forenkler aktuator fremstillingsprocessen ved næsten at fjerne behovet for enhver membran forberedelse. Desuden er membrantykkelser så lave som 30 μm yderst vanskelige at opnå i den tidligere beskrevne tekstilforstærkede konfiguration. Derfor bør PTFE-baserede aktuatorfabrikationsmetoder (løsningsmodel A og B) fra denne protokol foretrækkes i de fleste tilfælde, ibetragtning af at mulighed A er hurtigere, men aktuatorer, der foretages ved hjælp af løsningsmodel B, viser større stammer (i det frekvensområde, der er vist i figur 4B). Den bløde griber, der blev introduceret i afsnittet om repræsentative resultater, blev også fremstillet ved hjælp af PTFE membranen, der først blev dyppet i elektrolyt.
Når der er forberedt en funktionel membran, fortsætter protokollen med elektrodepræparatet og strømopsamlertilbehøret. De kulstofbaserede elektroder tilsættes ved hjælp af spray-coating – en industrielt etableret procedure, der muliggør høj kontrol over den resulterende elektrodelagstykkelse. Mere ensartede elektroder fremstilles med spraybelægning sammenlignet med for eksempel støbemetoden (eller muligvis også andre flydende metoder), hvor sedimentering af kulstofpartikler underfilmtørringen 25 vides at forekomme. Desuden er et yderligere træk ved den præsenterede fabrikationsmetode baseret på strategien for valg af opløsningsmidler, som er vigtigst i tilfælde af tekstilforstærkede membraner. Mere præcist opløses 4-methyl-2-pentanon (opløsningsmidlet i elektrodesuspensionen og limopløsningen) ikke de inertmembranforstærkninger eller PVDF, der anvendes i membranopløsningen i den tekstilforstærkede membran. Derfor reduceres risikoen for at skabe kortslutningshotspots i kompositten under spraybelægningen yderligere.
Det kapacitive laminat er allerede aktivt efter påføring af kulstofelektroder. Men en størrelsesorden hurtigere aktuatorer26 opnås med anvendelse af guld nuværende samlere. Et andet vigtigt skridt i protokollen er fastgørelsen af strømsamlere, mens den tilsvarende elektrode er i strakt tilstand (dvs. kompositten er bøjet). Derfor, i den neutrale flade tilstand af aktuatoren, vil guldbladet blive spændt i submillimeter niveau. Denne buffering-by-buckling27 tilgang muliggør højere deformationer uden at bryde end ellers ville være muligt for en bøde (~ 100 nm) metalplade.
Alle aktuatorfremstillingstrinne (membranforberedelse, elektrodesprøjtning, fast opsamlertilbehør) er også sammenfattet i figur 2. Til præstationskarakteriseringsdemonstrationen har vi forberedt en griber, der kompatibelt griber, holder og frigiver et tilfældigt formet objekt med en tilfældig overfladetekstur. Enklere geometrier, såsom rektangulære prøver med 1:4 eller højere højde-bredde-forhold (f.eks. 4 mm til 20 mm eller endda 1 mm til 20 mm28) skåret ud af det aktive materiale og fastspændt i cantilever position er også meget typisk for materiale karakterisering eller andre applikationer udnytte bøjning-type adfærd.
Artiklen slutter med en kort introduktion til den typiske ioniske elektromekanisk aktive kapacitive materiale karakterisering og fejlfinding teknikker ved hjælp af enklere rektangulæraktuator geometri. Vi viser, hvordan man bruger fælles elektrokemiske karakteriseringsteknikker som cyklisk voltammetri (CV) og elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) til at karakterisere og fejlfinde aktuatormaterialet mere detaljeret. Visualiseringen af kompositten i sub-millimeter niveau sker ved hjælp af scanning elektron mikroskopi (SEM), som vi bruger kryo-frakturering teknik til at forberede prøverne. Materialets polymeriske karakter gør det vanskeligt at opnå klare tværsnit med blot almindelig skæring. Men brud frosne prøver resulterer i veldefinerede tværsnit.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4.jpg"> Figur 2: Oversigt over fremstillingsprocessen. De vigtigste skridt fremhæves. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>

<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

Ioniske elektromekanisk aktive kapacitive laminater er en type smart materiale, der bevæger sig som reaktion på elektrisk stimulation. På grund af denne deformations bløde, kompatible og biomimetiske karakter har aktuatorer fremstillet af laminatet fået stigende interesse for blød robotteknologi og (bio)medicinske anvendelser. Metoder til let at fremstille det aktive materiale i store (selv industrielle) mængder og med en høj batch-til-batch og in-batch repeterbarhed er imidlertid nødvendige for at overføre viden fra laboratorium til industri. Denne protokol beskriver en enkel, industrielskalerbar og reproducerbar metode til fremstilling af ioniske kulstofbaserede elektromekanisk aktive kapacitive laminater og fremstilling af aktuatorer fremstillet heraf. Medtagelsen af et passivt og kemisk inert (uopløseligt) mellemlag (f.eks. et tekstilforstærket polymernetværk eller mikroporøs Teflon) adskiller metoden fra andre. Protokollen er opdelt i fem trin: membran forberedelse, elektrode forberedelse, nuværende kollektor vedhæftet fil, skæring og formning, og aktivering. Efter protokollen resulterer i et aktivt materiale, der for eksempel kompatibelt kan gribe og holde et tilfældigt formet objekt som vist i artiklen.

Det primære endepunkt til at skelne mellem et vellykket og et mislykket eksperiment er materialets reaktion på elektriske signaler efter at være blevet kontaktet til en strømforsyning. Inden for elektroteknik er kobber et velkendt materiale til kontaktfremstilling. Kobber er dog også elektrokemisk aktivt og derfor ikke egnet til at komme i kontakt med et ionisk system, der introduceres her. Brug af kobberkontakter kan forårsage kortslutninger på grund af dendritedannelse gennem kompositten. I tilfælde af materialekarakterisering er det desuden umuligt at skelne mellem strømme (og aktivering), der stammer fra det elektroaktive materiale, og strømme fra kobber29'selektrokemiske aktivitet . Vi har tidligere vist, at aktivering – selv om den er upålidelig – uden tilsat aktivt materiale (dvs. uden kulstofbaserede eller ledende polymerelektroder) er mulig i tilfælde af våde29ionomermembraner (f.eks. Derfor er alle eksperimenter med det aktive materiale her kun udført ved hjælp af inert guld kontakter.
Elektrokemisk impedanspektroskopi (EIS) er en ikke-destruktiv metode til karakterisering og fejlfinding af det kapacitive aktuatormateriale før brug. Impedansspektrene i figur 4C og 4D blev fanget ved hjælp af en potentiostat/galvanostat/FRA i toelektrodekonfiguration. Prøven (20 mm x 4 mm x 150 μm) blev placeret mellem guldkontakter, indgangssignalamplituden under impedansmålingen blev indstillet til 5 mVRMS, og frekvenser fra 200 kHz til 0,01 Hz blev scannet. Figur 4C og 4D viser de typiske impedansspektre fra aktuatorer med høj (~300 Ω cm2)eller med lav (~5 Ω cm2)indre modstand. Spektrene blev registreret ved hjælp af en prøve med henholdsvis den tørre PTFE-membran og en anden prøve med den gennemblødte membran. Højere ionisk ledningsevne gennem materialet har tendens til at svare til hurtigere aktuatorer og muligvis også mere forskydning ved samme aktiveringsfrekvens (se figur 4B), hvis alle andre parametre (f.eks. mekaniske parametre) holdes uændrede, og materialet generelt er aktivt.
EIS's ikke-destruktive karakter er især gavnlig for påvisning af kortslutninger i kompositten. I tilfælde af aktuatorer, der er forberedt efter den nuværende protokol, skyldes kortslutninger oftest strømopsamlerrester på aktuatorens sider (se skærevejledningen i trin 4.1.1) eller mere sjældent af en defekt membran (f.eks. når de ikke dækker alle huller i den tekstilforstærkede membran som anvist i punkt 1.5). En modstand (i dette tilfælde en kortslutning) ville blive præsenteret som en prik på Nyquist plottet af et EIS eksperiment. Observation af et sådant respons er en bestemt indikator for en defekt prøve (se figur 4C og 4D for referencespektre af funktionelle kapaciatorer). Kortsluttede prøver vil typisk ikke aktivere. Desuden vil disse oftest blive gjort permanent ubrugelige på grund af resistiv opvarmning og den deraf følgende smeltning af kompositten, når de forsøgte at aktivere.
I sin funktionelle form er dette materiale en dobbeltlagskondensator, der viser bøjningsbevægelse som reaktion på opladning og udledning af dobbeltlaget takket være specielt skræddersyede elektrolytter, der anvendes i fremstillingen. Cyklisk voltammetri (CV) er en udbredt teknik i elektrokemi til at studere forskellige systemer. Under et CV-eksperiment varieres arbejdselektrodens potentiale (i dette tilfælde en af aktuatorens elektroder) med hensyn til en modelektrode (her den anden elektrode fra aktuatoren) med konstant hastighed (f.eks. 800 mV/s mellem ±2 V), og den aktuelle reaktion fra systemet registreres ved hjælp af en potentiostat. En typisk strømreaktion fra det kapacitive laminat er angivet i figur 4E. Prøvens aktuelle respons med den gennemblødte PTFE-membran (i mørkegrå i 4E) ligner en ideel kondensator: Strømmen afhænger ikke af elektrodepotentialet og ved at vende potentialet, den aktuelle retning (og dermed dens tegn) ændres (næsten) med det samme, hvilket resulterer i et (næsten) rektangulært voltammogram. Den aktuelle respons af prøven med en oprindeligt tør membran (i pink i 4E) viser mindre ideel kondensator adfærd på denne scanningsats, sandsynligvis på grund af høj intern modstand af materialet (som også fremgår af EIS i figur 4C). Alligevel viser begge prøver komposittens kapacitive karakter. På den anden side viser lysegrå linjer i figur 4E mulig adfærd fra defekte prøver (f.eks. kortsluttede prøver), der nøje følger Ohm's lov.
Forskellige funktionelle aktuatorers ydeevne er vist i figur 4A og figur 4B. Figur 4A viser snapshots fra videoen, hvor en 5-finger termoformet aktuator greb, holder og frigiver en tilfældigt formet objekt som reaktion på spændingtrin. Enklere geometrier bruges typisk til materialekarakteriseringsformål. Figur 4B fremhæver f.eks.28,30 For at karakterisere forskellige aktuatormaterialer blev prøverne (4 mm x 20 mm x 150 μm) placeret mellem guldklemmer i cantilever position (efterlader 18 mm fri længde til aktivering), og bøjningsvinklen blev optaget ved hjælp af et videokamera. Alternativt er bevægelsen af et enkelt punkt langs aktuatoren (f.eks. 5 mm fra kontakterne) typisk blevet overvåget i tide og anvendt i beregning af belastningsdifference31,32. Videobehandling, selv om mere kompliceret, giver flere oplysninger om hele bøjning profil af prøven og gør det også muligt at reanalysere udførelsen senere, hvis et sådant behov skulle opstå. 0,1 Hz-punktet i figur 4B svarer til nøjagtig det samme signal som det, der anvendes i de cykliske voltammetrieksperimenter i figur 4E, både med hensyn til aktiveringsspænding og aktiveringsfrekvens. Ved hjælp af det samme signal til karakterisering og aktivering giver os for eksempel mulighed for at drage konklusioner om materialets kapacitive karakter og om stabiliteten og manglen på elektrokemiske reaktioner under aktiveringen.
Elektrokemiske metoder (EIS, CV), visualisering af aktuatorstrukturen i (typisk) mikrometerniveauet (SEM) og forskydningskarakterisering er de mest almindelige metoder til at karakterisere ioniske aktuatorer og vurdere fabrikationsprocessens succes. Men brugerdefinerede eksperimenter til at evaluere aktuatorens ydeevne i en mere specifik anvendelse er ofte udviklet til at evaluere applikationsspecifikke ydeevne (f.eks evnen til at bære en belastning).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig3.jpg"> Figur 3: Billeddannelse. Scanning af elektronmikrografer, der viser den meget porøse PTFE-membran (A) og et tværsnit af en aktuator, der er fremstillet ved hjælp af samme membran, og som ikke udviser delaminering (C). SEM-mikrograf, der viser et tværsnit af en tekstilforstærket aktuator (D) og et optisk fotografi af den tilsvarende silkeforstærkning (B). Prøver til SEM tværsnit blev først kryo-fraktureret ved hjælp af flydende nitrogen, monteret på en metalprøveholder og derefter sputtered med 5 nm guld for bedre definition ved hjælp af en sputter coater. En bordplade scanning elektron mikroskop blev brugt til billeddannelse ved 15 keV acceleration spænding. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig3large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig4.jpg"> Figur 4: Aktuatorens repræsentative resultater. (A) Spændingstrin og tilsvarende billeder af den femarmede griber, der er kompatibelt med en genstand med tilfældig form (aktuator uden kontakt 21 mg; polystyrenskumbelastning 17,8 mg) (B) total bøjningsvinkel på 4 mm x 20 mm x 150 μm PTFE-baserede aktuatorer, der er fastspændt mellem guldkontakter (18 mm fri længde) som reaktion på et trekantet aktiveringssignal (±2 V) ved forskellige aktiveringsfrekvenser (n=3, fejlstænger repræsenterer en standardafvigelse for middelværdien) (C og D) typiske elektrokemiske impedansspektre for de elektromekanisk aktive kapacitorlaminater (5 mVRMS-signalamplitude) (E) typisk cyklisk voltammetri for kapacitive laminater (trekantet aktiveringssignal ved hjælp af 800 mV/sscanningshastighed, der svarer til 0,1 Hz-punkterne i B). Grå linjer på cykliske voltammograms er til sammenligning og viser respons fra en potentiel defekt aktuator (hovedsagelig en modstand), der ville nøje følge Ohm's lov. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig4large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig5.jpg"> Figur 5: Centrifugering under membrantilberedning. (A) skemaer af opsætningen (B) billede af opsætningen med en ramme med forstærkning fastgjort. Under centrifugering dirigerer centrifugalkraften det resterende opløsningsmiddel i membranlaget mod rammens kant. Dette kan være gavnligt for at fremskynde tørringsprocessen. I tilfælde af helt våde membraner kan dette dog resultere i tab af aktivt materiale (polymer og ionvæske) og bør derfor undgås. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig5large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</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

Denne artikel beskriver en hurtig og enkel fremstillingsproces af ioniske elektromekanisk aktive kompositmaterialer til aktuatorer i biomedicinske, biomimetiske og bløde robotapplikationer. De vigtigste fabrikationstrin, deres betydning for aktuatorernes endelige egenskaber og nogle af de vigtigste karakteriseringsteknikker er beskrevet i detaljer.

Fremstilling af kulstofbaserede ioniske elektromekanisk aktive softaktuatorer

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

Denne protokol beskriver fremstillingen af kulstofbaseret elektromekanisk aktivt materiale til biomedicinske og bløde robotapplikationer. Den største fordel ved denne metode er, at det muliggør reproducerbar fremstilling af ioniske aktuatorer også i store mængder. Ser denne video bør give dig en god forståelse af, hvordan man fremstille og bruge ioniske aktuatorer.Protokollen er opdelt i fem trin. For det første forberedes en ionledende membran. Det er derefter dækket med kulstof-baserede elektroder, som guldstrømsamlere er fastgjort.Når prøven er skåret i form, er materialet klar til brug. Til at begynde, vælge mellem en tri-PTFE membran, den samme membran dyppet i elektrolyt, eller en tekstil forstærket membran. Hver indstilling resulterer i en funktionel aktuator.Se teksten for at få hjælp til markeringen. Materialet er forberedt ved hjælp af en ramme. Tag en høj porøsitet PTFE ark og placere den over rammen.Stram og fastgør arket på rammen. Pas på ikke at beskadige den tørre membran. Når membranen er klar, skal du springe til elektrodefabrikationstrinnet.Tag en stor petriskål og placer en høj porøsitet PTFE ark indeni. Tilsæt et overskud af ionisk væske. Sørg for, at hele arket er dækket.Når membranen er tilstrækkeligt gennemblødt, fjerne overskydende ved hjælp af en pipette. Placer forsigtigt membranen mellem filterpapirer for at fjerne eventuel resterende ionisk væske, som ikke blev absorberet af PTFE-arket. Gentag denne proces, indtil arket er halvgennemsigtende, men ikke vådt.Stram og fastgør den gennemblødte membran på en plastramme. Sørg for at undgå rynker og folder. Nu, hvor membranen er klar, springe frem til elektrode fabrikation trin.Tag et stof med fine inerte fibre og fastgør det på en ramme. Sørg for at stramme det godt. Trim overskydende stof ved hjælp af en saks.Fjern forsigtigt eventuelle løse fibre. Mens du arbejder under røghætten, dække stoffet med et tyndt lag af membran løsning. Se teksten for præcis opskrift.Lad det første lag tørre helt. Først skal du bruge varmepistolen og senere varmepistolen sammen med et dedikeret setup for at fremskynde tørringsprocessen. Undgå at bruge en for høj spinhastighed på en helt våd membran, da det kan resultere i tab af aktivt materiale.Se teksten for yderligere oplysninger. Undersøg membranen mod baggrundslys for pinholes. Bliv ved med at påføre belægningslag, indtil der opnås en fejlfri membran.Tilføj efterfølgende membranlag med ekstrem forsigtighed. Påfør tynde lag som muligt og aldrig gå over allerede våde overflader to gange. Påfør lag på begge sider.På denne måde vil forstærkningen forblive i midten af kompositten. Lad et lag tørre, før du tilføjer et andet. Når en defektfri membran er opnået, skal du kontrollere dens tykkelse ved hjælp af en tykkelsesmåler.I øjeblikket er det 54 mikrometer. I en forseglet kolbe opløses polymeren i opløsningsmidlet ved omrøring natten over ved 70 grader Celsius ved hjælp af en magnetisk omrører og en temperaturkontrolleret varmeplade. Se teksten for præcis opskrift.I en anden kolbe, vejer kulstofpulver, tilsæt ionisk væske, opløsningsmiddel, og en magnetisk røre bar. Kolben forsegles og blandes. Når carbon suspensionen er homogeniseret, og polymeren er opløst, fastsætte eller fjerne den magnetiske perle og hæld polymeropløsningen i kulstofsuspensionen.Brug 10 milliliter opløsningsmiddel til at fjerne polymerrester fra kolbevæggene og tilsættes til carbonaffjedringen. Homogeniser suspensionen ved hjælp af en ultralydssonde. Derefter er suspensionen klar til brug eller opbevaring.Fyld reservoiret af en sprøjtepistol eller luftbørste med acetone. Test strømmen på et stykke papir først. Sørg for, at luftbørsten er ren og fri for blokeringer.Under opbevaring kan suspensionen blive til en gel. Bland det i et lukket fartøj ved 70 grader Celsius for at opnå en væske. Fyld luftbørstens reservoir med elektrodeaffjedringen.Test affjedringsstrømmen på et stykke papir først. Tag den forberedte membran. Begynd at flytte sprøjtepistolen, før du begynder at sprøjte.Hold pistolen bevæger sig i lige slag. Lad den ene side tørre, før du begynder at sprøjte på den anden. Spray, indtil den ønskede tykkelse er nået.Fjern forsigtigt materialet fra rammen. Hvis tekstilforstærket membran blev brugt, derefter tilpasse snittet med fibrene. Skær en fire af tre centimeter stykke ved hjælp af en metal lineal og en skalpel.Denne snitstørrelse er mest praktisk for små til mellemstore partier. Det er dog ikke afgørende for at få arbejdsaktiveringer. Tag et metalrør eller rør og fastgør det afskårne stykke på det.Prøv at overlappe kun omkring en millimeter af aktuatormaterialet med tape. Tag et ark fint guld på transferpapir og skær det i fire af fire centimeter stykker. Placer en af dem på et silkepapir.Spray kompositten med et tyndt lag lim. Se teksten for præcis opskrift. Opbevar hurtigt luftbørsten oprejst.Rul røret over bladguld, mens limen stadig er våd. Der er ikke behov for for stort tryk til rulning. Fjern overførslen og rul over silkepapiret igen for at sikre, at guldet er korrekt fastgjort.Placer materialet til tørre. Når det er tørt, skal du forsigtigt fjerne tapen for at frigøre materialet fra røret. Rengør røret med acetone.Fastgør materialet på røret, guldbelagt side vender røret. Gentag derefter trinene for også at fastgøre strømopsamleren på den anden side. Bemærk de sider, der var dækket med tape.Skær rektangler eller mere komplekse former ud. En fire gange 20 millimeter prøve er god til karakterisering. Juster prøvelængden med en kurvet retning.Den bløde griber skal termoformes først. Placer aktuatoren i en glashætteform for at thermoforme griberen i form. Når aktuatoren er inde i formen, skal du placere dem begge i en ovn eller bruge det infrarøde lys.Griberen er placeret mellem guld kontakter, guld side vender det aktive materiale. Spændingstrin anvendes til at håndtere nyttelasten. Åbning af griberen.Lukning af griberen. Løft nyttelasten med hånden. Test af grebet.Og endelig frigive nyttelasten. Kelvin clips bruges til karakterisering. Placer aktuatoren mellem klemmerne, og overvåg vinkel alfa ved hjælp af et videokamera.I tilfælde af trekantet signal er en funktionel aktuators aktuelle reaktion kapacitiv. Mens svaret fra en defekt prøve nøje følger Ohm's lov og er resistive. Brug scanning elektronmikroskopi til at beskrive aktuatorstrukturen.Prøverne fryses fraktureret med flydende nitrogen for at opnå rene tværsnit. Forsigtig: Luk aldrig låget på en beholder med flydende nitrogen. Trykoprustning kan forårsage alvorlige skader.Først fryses aktuatoren i et par minutter i flydende nitrogen. Brug derefter to sæt af cool pincet til at bryde den frosne prøve. Tekstilforstærkede aktuatorer bryder måske ikke selv i frossen tilstand.Frys en skalpel sammen med aktuatoren og hak den frosne prøve i to stykker. Dette er et tværsnit af en PTFE aktuator, der viser to kulstofelektroder, adskilt af en PTFE-membran, der danner aktuatoren. Det centrale punkt i denne metode er inddragelsen af en inert forstærkning såsom PTFE i membranlaget.Dette forenkler fremstillingsprocessen betydeligt og gør det muligt at reproducere de aktive materialer i stor skala. Vores metode viser en lovende vej mod industriel fremstilling af ioniske aktuatorer.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Fabrikation af Rumligt Indesluttet komplekse oxider

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

Real-Time DC-dynamisk Prioritering Metode til Switching Time Forbedring Alvorligt Underdamped Fringing-felt Elektrostatiske MEMS aktuatorer

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

Fabrication Processen med silikone-baserede Dielektriske Elastomer aktuatorer

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

Free-form Light aktuatorer - Fabrikation og Kontrol af aktivering i Mikroskopisk Scale

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

Eksperimentelle gennemførelsen af en ny Composite fabrikationsanlæg metode: udsætter nøgne fibre på sammensatte overfladen af metoden bløde lag

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

Fabrikation af bløde pneumatisk netværk aktuatorer med skrå kamre

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

At studere stor Amplitude oscillerende Shear svar af bløde materialer

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

Styring af strømningshastigheder for 3D-aktive væsker med mikrotubulus ved hjælp af temperatur

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

Hurtig fremstilling af tynde, bløde pneumatiske aktuatorer og robotter

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

Modellering og eksperimentel analyse af enkeltakselkoaksialmotorpumpeenheden i elektrohydrostatiske aktuatorer

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