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

Les auteurs tient à remercier Ron Hovenkamp et Marcel Mulder de Philips Research pour des discussions utiles. Ces travaux ont été partiellement soutenus par le financement institutionnel de la recherche IUT (IUT 20-24) du Ministère estonien de l’éducation et de la recherche, par la subvention du Conseil estonien de la recherche (PUT1696), par le Fonds européen de développement régional, par le programme Mobilitas Pluss (Grant No MOBTP47), par le programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne dans le cadre de l’accord de subvention Marie Skôodowska-Curie No 793377 (BIOACT), et par le projet IMPACT-MII , un projet d’innovation EIT Health. EIT Health est soutenu par L’EIT, un organe de l’Union européenne.

<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>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Nous avons présenté une méthode de fabrication simple, rapide, répétable et polyvalente pour la préparation composite électromécaniquement active pour diverses applications d’actionneur, et avec des modifications mineures également pour le stockage d’énergie, la récoltede 33 ou la détectionde 34 applications. La méthode actuelle se concentre sur les membranes avec un composant passif intégral et chimiquement inerte (par exemple, un réseau de polymères renforcés par le textile ou une membrane de téflon très poreuse, voir aussi la figure 3) parce que ces membranes simplifient considérablement le processus de préparation des actionneurs également à grande échelle. En outre, les membranes qui en résultent présentent un risque plus faible d’enflure et de boucle en raison de solvants (ou électrolytes) dans la suspension des électrodes ou de formation de points chauds de court-circuit par rapport à de nombreuses autres méthodes et matériaux communs de fabrication d’actionneurs.
Les étapes critiques de la préparation du stratifié de l’actionneur capacitif sont la préparation de la membrane, la fabrication d’électrodes, l’attachement actuel du collecteur, la coupe et le contact (figure 2). Chacune de ces étapes laisse place à la personnalisation et à l’optimisation des performances, mais aussi aux erreurs. Dans la section suivante, nous discuterons plus en détail des modifications bénéfiques et des stratégies de dépannage de cette méthode de fabrication. Un composite haute performance résulte de l’interaction de plusieurs aspects clés qui doivent être gardés à l’esprit : une conductivité électronique suffisante le long de l’électrode (ajouter le collecteur de courant d’or aux électrodes de carbone); conductivité ionique suffisante à travers la membrane (utiliser une membrane poreuse mince et une quantité suffisante d’électrolyse à faible viscosité, réduire le risque sur les interactions défavorables entre la membrane et l’électrolyte à l’aide d’un réseau de polymères inertes); surface élevée de l’électrode (sélectionnez un type de carbone approprié); électrolytes sur mesure qui entraînent un gonflement/contraction asymétrique des électrodes (sélectionnez un électrolyte approprié); paramètres mécaniques (moduli de Young des composants). Ces principaux aspects d’un actionneur à base de carbone à haute performance sont également mis en évidence à la figure 1B.
Une membrane haute performance est la partie centrale de ce composite. Il a deux tâches: prévenir la conductivité des électrons (circuits courts) entre les électrodes tout en permettant une conductivité ionique élevée. Les modifications apportées à la membrane pourraient servir à plusieurs fins, par exemple l’intégration des outils introduites par Must et coll.24 ou l’ajout de nouvelles propriétés (p. ex., biocompatibilité, biodégradabilité ou différentes propriétés mécaniques). La méthode de fabrication actuelle pourrait être modifiée pour utiliser d’autres polymères et électrolytes dans la membrane pour introduire de nouvelles propriétés au stratifié actif. Comme la stratégie de sélection des solvants introduite ici pour les actionneurs renforcés de textiles, il est conseillé de sélectionner des solvants plus pauvres pour la fabrication ultérieure d’électrodes par rapport à la préparation de la membrane. Cela garantit que la membrane reste fonctionnelle et intacte aussi après l’ajout d’électrodes.
La performance d’actionnement du composite final est influencée par le matériau électrode sélectionné (carbone), l’électrolyte et peut-être leur compatibilité les uns avec les autres. Ce protocole introduit la fabrication de stratifiés capacitifs à base de carbone à l’aide de carbone dérivé du carbure de bore et du liquide ionique 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluorometulfonate ([EMIM][OTf]). Cependant, le même protocole est adaptable à d’autres matériaux de carbone de surface spécifiques élevés, tels que les carbones dérivés du carbure provenant d’autres sources (par exemple, TiC35, SiC ou Mo2C36), nanotubes de carbone8,37, aerogel de carbone38 ou graphène39, et d’autres, comme également examiné récemment40. En outre, d’autres électrolytes pourraient également être utilisés dans la préparation de l’actionneur. L’obtention d’un composite fonctionnel ne se limite pas aux types de carbone et de liquide ionique présentés dans ce protocole. La taille des particules de carbone, leur agrégation possible dans la suspension d’électrode et la viscosité de suspension sont des paramètres plus cruciaux pour le processus de pulvérisation-revêtement.
Cette méthode permet la production de matériaux stratifiés électromécaniquement actifs avec des propriétés reproductibles en grandes quantités. La miniaturisation des actionneurs fabriqués à partir de ce matériau est principalement effectuée à l’aide d’une coupe de haute précision (p. ex., figure 3C). D’autres méthodes pour la préparation des structures fines, telles que le masquage, et le modelage sont possibles lors du revêtement de pulvérisation41. En outre, les structures à l’échelle du millimètre peuvent également être modelées dans l’étape subséquente d’attachement de collecteur de courant d’or. Cependant, à l’échelle inférieure aux millimètres, cela pourrait devenir assez difficile. D’autres types d’actionneurs ou d’actionneur à base de carbone sans collecteurs de courant d’or pourraient être plus faciles à préparer, si les caractéristiques patternables doivent être à l’échelle du micromètre.
Les actionneurs intrinsèquement doux qui répondent aux stimuli électriques ont de nombreux avantages grâce à leur nature douce et conforme, leur fonctionnement silencieux et leurs faibles niveaux de tension requis. Le protocole actuel montre comment produire de tels matériaus en plus grandes quantités et avec une forte répétabilité par lots à lot et à l’intérieur du lot sans compromettre les performances d’actionnement. Des modifications à la méthode actuelle pour incorporer des composants plus bio-amicals et peut-être aussi biodégradables qui permettraient d’utiliser des organismes vivants proches ou à l’intérieur en plus des approches d’encapsulation totale réussies, et l’intégration du matériel actif introduit dans des dispositifs robotiques ou biomédicaux mous sont envisagées pour l’avenir.

Les composites polymères ou polymères ioniques électromécaniques actifs sont des matériaux intrinsèquement mous et conformes qui ont suscité un intérêt croissant pour différentes applications robotiques et biomimétiques douces (p. ex., en tant qu’actionneurs, pinceurs ou robots bioinspirés1,2). Ce type de matériau répond aux signaux électriques de la gamme de quelques volts, ce qui les rend faciles à intégrer à l’électronique conventionnelle et aux sources d’énergie3. De nombreux types différents de matériaux de base d’actionneur ionique sont disponibles, comme décrit en détail ailleurs4, et encore très récemment5. En outre, il a été particulièrement souligné récemment que le développement de dispositifs robotiques mous sera très étroitement lié au développement de procédés de fabrication de pointe pour les matériaux actifs pertinents et les composants6. De plus, l’importance d’un flux de processus efficace et bien établi dans la préparation d’actionneurs reproductibles qui ont le potentiel de passer du laboratoire à l’industrie a également été soulignée dans les études précédentes fondées sur des méthodes7.
Au cours des dernières décennies, de nombreuses méthodes de fabrication ont été développées ou adaptées à la préparation des actionneurs (p. ex., coulée couche par couche8 et9,10, réduction de l’imprégnation11, peinture12,13, ou pulvérisation et synthèse électrochimique subséquente14,15, impression en jet d’encre16 et spin-coating17); certaines méthodes sont plus universelles, et certaines sont plus limitatives en termes de sélection des matériaux que d’autres. Cependant, bon nombre des méthodes actuelles sont assez compliquées et/ou plus adaptées à la fabrication à l’échelle de laboratoire. Le protocole actuel met l’accent sur une méthode de fabrication rapide, répétable, fiable, automatisable et évolutive pour produire des stratifiés actifs avec une faible variabilité par lots et en lot et une longue durée de vie d’actionneur18. Cette méthode peut être utilisée par les scientifiques des matériaux pour développer des actionneurs de haute performance pour la prochaine génération d’applications bio-inspirées. En outre, suivre cette méthode sans modifications donne aux ingénieurs et aux enseignants en robotique douce un matériau actif pour le développement et le prototypage de nouveaux appareils, ou pour l’enseignement de concepts de robotique douce.
Les actionneurs polymères ou polymères ioniques électromécaniques actifs sont généralement faits de composites laminaires à deux ou trois couches et se plient en réponse à la stimulation électrique dans la gamme de quelques volts(figure 1). Ce mouvement de flexion est causé par les effets de gonflement et de contraction dans les couches d’électrodes, et il est généralement apporté soit par des réactions faradaïques (redox) sur les électrodes (par exemple, en cas de polymères électromécaniquement actifs (PPE) comme les polymères conductifs) ou par charge capacitif de la double couche (par exemple, dans les électromérites polymères à base de carbone, où le polymère pourrait seulement agir comme un liant). Dans ce protocole(figure 2), nous nous concentrons sur ce dernier; nous montrons la fabrication d’un composite électromécaniquement actif qui se compose de deux hautes surfaces spécifiques électrodes à base de carbone conducteurs électroniques qui sont séparées par une membrane inerte ion-conductive qui facilite le mouvement des cations et des anions entre les électrodes - une configuration très similaire aux supercapacitors. Ce type d’actionneur se plie en réponse à la charge/décharge capacitif et à l’enflure/contraction résultante des électrodes est généralement attribuée aux différences dans le volume et la mobilité des cations et des anions de l’électrolyte8,10,19. À moins que le carbone fonctionnalisé en surface ne soit utilisé comme matériau actif ou que le composite capacitif ne soit utilisé en dehors de la fenêtre potentielle de stabilité électrochimique de l’électrolyte, aucune réaction faradaïque ne devrait avoir lieu sur ce type d’électrodes20. L’absence de réactions faradaïques est le principal contributeur à la durée de vie bénéfiquement longue de ce matériel d’actionneur (c.-à-d. des milliers de cycles dans l’air8,18 montrés pour différents actionneurs capacitifs).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4.jpg"> Figure 1 : La structure de l’actionneur à base de carbone dans le neutre (A) et dans l’état actionné (B). (B) souligne également les principales caractéristiques qui déterminent la performance d’un actionneur ionique. Remarque : le chiffre n’est pas dessiné à l’échelle. La taille de l’ion a été exagérée pour illustrer le mécanisme d’actionnement le plus couramment cité répandu dans le cas d’une membrane inerte qui permet la mobilité des anions et des cations de l’électrolyte (par exemple, le liquide ionique). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
L’obtention d’une membrane fonctionnelle qui reste intacte tout au long du processus de fabrication est l’une des étapes clés de la préparation réussie de l’actionneur. Une membrane haute performance pour un actionneur est aussi mince que possible et permet une conductivité ionique entre les électrodes tout en bloquant toute conductivité électronique. La conductivité ionique dans la membrane peut résulter de la combinaison de l’électrolyte avec un réseau poreux inerte (par exemple, l’approche utilisée dans ce protocole) ou par l’utilisation de polymères spécifiques avec des unités ionisées covalententement collées ou d’autres groupes qui permettent des interactions avec l’électrolyte. La première approche est préférée ici pour sa simplicité, tandis que les interactions spécifiquement adaptées entre l’électrolyte et le réseau polymère pourraient également avoir des avantages, si des interactions défavorables (par exemple, le blocage ou le ralentissement du mouvement des ions de manière significative en raison d’interactions) peuvent être exclus. La vaste sélection de membranes ionomériques ou autrement actives pour les actionneurs électromécaniques actifs et leurs mécanismes d’actionnement qui en résultent a été revue récemment21. La sélection de membranes, en plus de la sélection d’électrodes, joue un rôle crucial dans le mécanisme de performance, de vie et d’actionnement de l’actionneur. Le protocole actuel se concentre principalement sur les membranes inertes qui fournissent la structure poreuse pour la migration des ions (comme indiqué sur la figure 1), bien que certaines parties du protocole (par exemple, l’option membrane C) pourraient également s’avérer bénéfiques pour les membranes actives.
En plus de la sélection du matériau membranaire, sa méthode de fabrication joue également un rôle important dans l’obtention d’un séparateur fonctionnel pour le composite. Les membranes coulées précédemment utilisées ont tendance à fondre au cours de l’étape plus tard de pressage à chaud et peuvent donc former des points chauds de court-circuit22. En outre, les membranes ionomériques commerciales (p. ex., Nafion) ont tendance à gonfler et à boucler de manière significative en réponse aux solvants utilisés dans les étapes de fabricationultérieures 12, et certains polymères (p. ex., cellulose23)sont connus pour se dissoudre dans une certaine mesure dans certains liquides ioniques, ce qui peut causer des problèmes de répétabilité du processus de fabrication et entraînant une faiblesse uniforme des électrodes. Par conséquent, ce protocole se concentre sur les actionneurs avec un composant passif intégral et chimiquement inerte dans la membrane (par exemple, la fibre de verre ou de soie avec PVDF ou PTFE) qui empêche le composite de gonfler et de boucler dans les étapes de fabrication ultérieures ou de former des points chauds court-circuit. En outre, l’ajout d’un composant inerte et passif simplifie le processus de fabrication de manière significative et permet de plus grandes tailles de lots par rapport à des méthodes plus traditionnelles.
L’inclusion d’un renforcement passif dans la membrane a d’abord été introduite par Kaasik et al. 18 pour s’attaquer aux problèmes susmentionnels dans le processus de fabrication des actionneurs. L’inclusion d’un renforcement textile tissé (voir aussi figure 3B et 3D) introduit en outre la capacité d’intégrer des outils dans le composite actif24 ou de développer des textiles intelligents18. Par conséquent, l’option de membrane C dans le protocole est plus appropriée pour de telles applications. Toutefois, dans le cas des actionneurs miniaturisés (au niveau du sous-millimètre), le rapport de composant passif-actif dans la membrane devient de plus en plus défavorable et l’inclusion d’un renforcement textile ordonné pourrait commencer à influencer négativement la performance de l’actionneur et la répétabilité de l’échantillon à l’échantillon. De plus, la direction du renfort (le long ou en diagonale en ce qui concerne la direction de flexion) pourrait avoir un impact inattendu sur la performance d’actionneurs de forme plus complexe. Par conséquent, une structure inerte moins ordonnée et très poreuse serait plus bénéfique pour les actionneurs miniaturisés et les formes d’actionneurs plus complexes.
Polytetrafluoroethylene (PTFE, également connu sous le nom commercial Téflon) est l’un des polymères les plus inertes que l’on sache à ce jour. Il est généralement très hydrophobe, mais les versions traitées en surface qui sont rendus hydrophiles existent, qui sont plus facilement utilisables dans la fabrication d’actionneur. La figure 3A illustre la structure aléatoire d’une membrane de filtration hydrophile inerte PTFE qui a été utilisée dans ce protocole pour la préparation des actionneurs. En plus de l’uniformité de ce matériau dans toutes les directions qui est bénéfique pour découper les actionneurs miniaturisés ou les formes complexes, en utilisant une membrane de filtration commerciale avec porosité contrôlée simplifie davantage le processus de fabrication d’actionneur en éliminant presque le besoin de toute préparation de membrane. En outre, les épaisseurs de membrane aussi basses que 30 m sont extrêmement difficiles à obtenir dans la configuration précédemment décrite textile-renforcée. Par conséquent, les méthodes de fabrication d’actionneurs basées sur le PTFE (options A et B) de ce protocole devraient être préférées dans la plupart des cas, en tenant compte davantage de l’option A, mais les actionneurs effectués à l’aide de l’option B montrent des souches plus grandes (dans la plage de fréquence présentée dans la figure 4B). La pince molle introduite dans la section des résultats représentatifs a également été préparée à l’aide de la membrane PTFE d’abord trempée dans l’électrolyte.
Après qu’une membrane fonctionnelle a été préparée, le protocole se poursuit avec la préparation de l’électrode et l’attachement actuel de collecteur. Les électrodes à base de carbone sont ajoutées à l’aide de l’enduit de pulvérisation, une procédure établie industriellement qui permet un contrôle élevé sur l’épaisseur de la couche d’électrode qui en résulte. Des électrodes plus uniformes sont produites avec un revêtement de pulvérisation par rapport, par exemple, à la méthode de coulée (ou peut-être aussi d’autres méthodes liquides) où la sédimentation des particules de carbone pendant le séchage du film25 sont connues pour se produire. En outre, une autre caractéristique de la méthode de fabrication présentée repose dans la stratégie de sélection des solvants qui est la plus importante dans le cas des membranes renforcées par le textile. Plus précisément, la 4-méthyl-2-pentanone (le solvant dans la suspension d’électrode et la solution de colle) ne dissout pas les renforts de membrane inerte ou PVDF qui est utilisé dans la solution de membrane de la membrane textile-renforcée. Par conséquent, le risque de créer des points chauds de court-circuit dans le composite pendant le revêtement de pulvérisation est encore réduit.
Le stratifié capacitif est déjà actif après l’application d’électrodes de carbone. Cependant, un ordre de grandeur plus rapide actionneurs26 sont obtenus avec l’application de collecteurs de courant d’or. Une autre étape importante dans le protocole est l’attachement des capteurs actuels tandis que l’électrode correspondante est dans l’état étiré (c.-à-d., le composite est plié). Par conséquent, dans l’état plat neutre de l’actionneur, la feuille d’or sera bouclée au niveau du sous-millimètre. Cette approche tampon par27 permet des déformations plus élevées sans se casser que ce qui serait autrement possible pour une feuille de métal fine (100 nm).
Toutes les étapes de fabrication d’actionneurs (préparation de membrane, pulvérisation d’électrodes, pièce jointe actuelle du collecteur) ont également été résumées à la figure 2. Pour la démonstration de caractérisation de performance, nous avons préparé une pince qui est conforme saisissant, tenant et libérant un objet de forme aléatoire avec une texture de surface aléatoire. Des géométries plus simples, telles que des échantillons rectangulaires avec un rapport d’aspect 1:4 ou plus élevé (p. ex., 4 mm à 20 mm ou même 1 mm à 20 mm28)découpées du matériau actif et serrées dans la position en porte-à-faux sont également très typiques pour la caractérisation matérielle ou d’autres applications utilisant le comportement de type flexion.
L’article se termine par une brève introduction dans les techniques de caractérisation et de dépannage électromécaniquement actives typiques de matériel et de dépannage utilisant la géométrie d’actionneur rectangulaire plus simple. Nous montrons comment utiliser des techniques de caractérisation électrochimique communes comme la voltammétrie cyclique (CV) et la spectroscopie électrochimique d’impedance (EIS) pour caractériser et dépanner le matériel d’actionneur plus en détail. La visualisation du composite au niveau du sous-millimètre se fait à l’aide de la microscopie électronique à balayage (SEM), pour laquelle nous utilisons la technique de cryo-fracturation pour préparer les échantillons. La nature polymère du matériau rend difficile l’obtention de coupes transversales claires avec juste la coupe régulière. Cependant, la rupture d’échantillons congelés entraîne des sections transversales bien définies.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4.jpg"> Figure 2 : Aperçu du processus de fabrication. Les étapes les plus importantes sont mises en évidence. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</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

Les stratifiés capacitifs électromécaniquement actifs ioniques sont un type de matériau intelligent qui se déplacent en réponse à la stimulation électrique. En raison de la nature douce, conforme et biomimétique de cette déformation, les actionneurs faits du stratifié ont reçu un intérêt croissant pour la robotique douce et (bio)applications médicales. Cependant, des méthodes pour fabriquer facilement le matériau actif en grandes quantités (même industrielles) et avec une forte répétabilité par lots à lot et en lot sont nécessaires pour transférer les connaissances d’un laboratoire à l’autre. Ce protocole décrit une méthode simple, industriellement évolutive et reproductible pour la fabrication de laminates électromécaniques de capacité électromécaniquement actifs à base de carbone ionique et la préparation d’actionneurs qui en sont fabriqués. L’inclusion d’une couche moyenne passive et chimiquement inerte (insoluble) (par exemple, un réseau de polymères renforcés par textile ou un téflon microporous) distingue la méthode des autres. Le protocole est divisé en cinq étapes : préparation de membrane, préparation d’électrodes, attachement actuel de collecteur, coupe et mise en forme, et actionnement. Suivre le protocole entraîne un matériau actif qui peut, par exemple, saisir et tenir un objet de forme aléatoire comme le démontre l’article.

Le principal critère d’évaluation pour faire la distinction entre une expérience réussie et une expérience ratée est la réponse du matériau aux signaux électriques après avoir été contacté à une alimentation électrique. En génie électrique, le cuivre est un matériau bien connu pour la prise de contact. Cependant, le cuivre est également électrochimiquement actif et donc pas adapté pour entrer en contact avec un système ionique introduit ici. L’utilisation de contacts en cuivre pourrait provoquer des courts-circuits en raison de la formation de dendrite à travers le composite. En outre, en cas de caractérisation matérielle, il est impossible de faire la distinction entre les courants (et l’actionnement) provenant du matériau électroactif et celui découlant de l’activité électrochimique du cuivre29. Nous avons déjà montré que l’actionnation , bien qu’peu fiable, sans aucun matériau actif supplémentaire (c.-à-d. sans les électrodes en polymère à base de carbone ou conductrices) est possible en cas de membranes d’ionomères humides (p. ex., Nafion) et de terminaux de cuivreseulement 29. Par conséquent, toutes les expériences avec le matériel actif ici ont été effectuées en utilisant des contacts en or inerte seulement.
La spectroscopie d’impedance électrochimique (EIS) est une méthode nontructive pour la caractérisation et le dépannage du matériau d’actionneur capacitif avant l’utilisation. Les spectres d’entrave dans la figure 4C et 4D ont été capturés à l’aide d’un potentiostat/galvanostat/FRA en configuration à deux électrodes. L’échantillon (20 mm x 4 mm x 150 m) a été placé entre les contacts en or, l’amplitude du signal d’entrée pendant la mesure de l’impedance a été réglée à 5 mVRMS et les fréquences de 200 kHz à 0,01 Hz ont été numérisées. La figure 4C et la 4D montrent les spectres d’impédance typiques des actionneurs avec une résistance interne élevée (300cm 2)ou avec une faible résistance interne (5 cm2),respectivement. Les spectres ont été enregistrés à l’aide d’un échantillon avec la membrane sèche PTFE et un autre échantillon avec la membrane trempée, respectivement. Une conductivité ionique plus élevée à travers le matériau tend à correspondre à des actionneurs plus rapides et peut-être aussi à plus de déplacement à la même fréquence d’actionnement (voir la figure 4B), si tous les autres paramètres (p. ex., paramètres mécaniques) sont maintenus inchangés et que le matériau en général est actif.
La nature non-destructive de l’EIS est particulièrement bénéfique pour la détection des circuits courts dans le composite. En cas d’actionneurs préparés selon le protocole actuel, les circuits courts sont le plus souvent causés par des débris de collecte actuels sur les côtés de l’actionneur (voir les instructions de coupe dans l’étape 4.1.1) ou plus rarement par une membrane défectueuse (p. ex., lorsqu’ils ne couvrent pas tous les trous d’épingle dans la membrane renforcée par le textile comme indiqué à la section 1.5). Une résistance (dans ce cas un court-circuit) serait présentée comme un point sur l’intrigue nyquiste d’une expérience EIS. L’observation d’une telle réponse est un certain indicateur d’un échantillon défectueux (voir les chiffres 4C et 4D pour les spectres de référence des actionneurs capacitifs fonctionnels). Les échantillons court-circuités ne seraient généralement pas actionnés. En outre, ceux-ci seraient le plus souvent rendus définitivement inutiles en raison du chauffage résistant et de la fonte résultante du composite lorsqu’ils sont essayés d’actionner.
Dans sa forme fonctionnelle, ce matériau est un condensateur à double couche qui montre le mouvement de flexion en réponse à la charge et le déchargement de la double couche grâce à des électrolytes spécifiquement adaptés utilisés dans sa fabrication. La voltammétrie cyclique (CV) est une technique largement utilisée dans l’électrochimie pour étudier différents systèmes. Au cours d’une expérience CV, le potentiel de l’électrode de travail (dans ce cas l’une des électrodes de l’actionneur) est varié en ce qui concerne une électrode de comptoir (ici l’autre électrode de l’actionneur) avec une vitesse constante (par exemple, 800 mV/s entre 2 V) et la réponse actuelle du système est enregistrée à l’aide d’un potentstatio. Une réponse actuelle typique du stratifié capacitif est présentée dans la figure 4E. La réponse actuelle de l’échantillon à la membrane PTFE trempée (en gris foncé en 4E)ressemble à celle d’un condensateur idéal : le courant ne dépend pas du potentiel d’électrode et de l’inversion du potentiel, de la direction actuelle (et donc de son signe) est modifiée (presque) immédiatement, ce qui entraîne un voltammogramme rectangulaire (presque). La réponse actuelle de l’échantillon avec une membrane initialement sèche (en rose en 4E) montre moins de comportement de condensateur idéal à ce taux d’analyse, probablement en raison de la forte résistance interne du matériau (comme également démontré par EIS dans la figure 4C). Pourtant, les deux échantillons montrent la nature capacitive du composite. D’autre part, les lignes gris clair de la figure 4E montrent un comportement possible à partir d’échantillons défectueux (p. ex., les courts-circuités) qui suivraient de près la loi de l’Ohm.
Le rendement des différents actionneurs fonctionnels est présenté dans la figure 4A et la figure 4B. Figure 4A montre des instantanés de la vidéo où un actionneur thermoformé à 5 doigts saisit, retient et libère un objet de forme aléatoire en réponse aux étapes de tension. Des géométries plus simples sont généralement utilisées à des fins de caractérisation matérielle. Par exemple, la figure 4B met en évidence l’angle de flexion maximal des actionneurs de membrane PTFE sec et trempé28,,30 en réponse aux signaux de tension triangulaires entre 2 V. Afin de caractériser différents matériaux d’actionneur, des échantillons (4 mm x 20 mm x 150 m) ont été placés entre des pinces d’or en position de porte-à-faux (laissant 18 mm de longueur libre pour l’actionnement) et l’angle de flexion a été enregistré à l’aide d’une caméra vidéo. Alternativement, le mouvement d’un seul point le long de l’actionneur (p. ex., 5 mm des contacts) a été généralement surveillé à temps et utilisé dans les calculs de différence de contrainte31,32. Le traitement vidéo, bien que plus compliqué, donne plus d’informations sur l’ensemble du profil de flexion de l’échantillon et permet également de réanalyser les performances plus tard, si un tel besoin devrait se poser. Le point de 0,1 Hz de la figure 4B correspond exactement au même signal que celui utilisé dans les expériences cycliques de voltammétrie de la figure 4E,tant en termes de tension d’actionnement que de fréquence d’actionnement. L’utilisation du même signal pour la caractérisation et l’actionnation nous permet, par exemple, de tirer des conclusions sur la nature capacitive du matériau et sur la stabilité et l’absence de réactions électrochimiques pendant l’actionnement.
Les méthodes électrochimiques (EIS, CV), la visualisation de la structure de l’actionneur au niveau (typiquement) du micromètre (SEM) et la caractérisation des déplacements sont les méthodes les plus courantes pour caractériser les actionneurs ioniques et évaluer le succès du processus de fabrication. Cependant, des expériences personnalisées pour évaluer les performances de l’actionneur dans une application plus spécifique sont souvent développées pour évaluer les performances spécifiques à l’application (p. ex., la capacité de transporter une charge).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig3.jpg"> Figure 3 : Imagerie. Micrographes d’électrons de balayage montrant la membrane PTFE fortement poreuse (A) et une section transversale d’un actionneur fait utilisant la même membrane ne montrant aucune délamination (C). Micrographe SEM montrant une section transversale d’un actionneur textile-renforcé (D) et une photographie optique du renforcement de la soie correspondant (B). Les échantillons pour les sections transversales SEM ont d’abord été cryo-fracturés à l’aide d’azote liquide, montés sur un porte-échantillons métalliques, puis crachés avec 5 nm d’or pour une meilleure définition à l’aide d’un manteau à pulvérisation. Un microscope électronique de balayage de table a été employé pour l’imagerie à la tension d’accélération de 15 keV. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig3large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig4.jpg"> Figure 4 : Résultats représentatifs de l’actionneur. (A) Étapes de tension et images correspondantes de la pince à cinq bras saisissant conformement un objet avec la forme aléatoire (actionneur sans contact 21 mg; charge de mousse de polystyrène 17,8 mg); (B) angle de flexion total de 4 mm x 20 mm x 150 euros à base de PTFE coincés entre les contacts en or (longueur libre de 18 mm) en réponse à un signal d’actionnement triangulaire (2 V) à différentes fréquences d’actionnement (n -3, les barres d’erreur représentent une déviation standard de la moyenne); (C et D) spectres électrochimiques typiques d’impedance des laminates capacitifs électromécaniquement actifs (amplitude de signalRMS de 5 mV); (E) voltammétrie cyclique typique des laminates capacitifs (signal d’actionnement triangulaire utilisant la vitesse d’analyse de 800 mV/s qui correspond aux points de 0,1 Hz en B). Les lignes grises sur les voltammogrammes cycliques sont à comparer et montrent la réponse d’un actionneur défectueux potentiel (essentiellement une résistance) qui suivrait de près la loi de l’Ohm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig4large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig5.jpg"> Figure 5 : Séchage de rotation pendant la préparation de la membrane. (A) schémas de la configuration (B) image de la configuration avec un cadre avec renforcement attaché. Pendant le séchage de rotation, la force centrifuge dirige le solvant résiduel dans la couche de membrane vers le bord du cadre. Cela peut être bénéfique pour accélérer le processus de séchage. Cependant, en cas de membranes complètement humides, cela pourrait entraîner la perte de matière active (polymère et liquide ionique) et devrait donc être évitée. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig5large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</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

Cet article décrit un processus de fabrication rapide et simple de matériaux composites ioniques électromécaniquement actifs pour les actionneurs dans les applications biomédicales, biomimétiques et robotiques douces. Les principales étapes de fabrication, leur importance pour les propriétés finales des actionneurs et certaines des principales techniques de caractérisation sont décrites en détail.

Fabrication d’actionneurs mous électromécaniquement électromécaniques à base de carbone

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

Ce protocole décrit la fabrication de matériaux électromécaniquement actifs à base de carbone pour des applications robotiques biomédicales et douces. Le principal avantage de cette méthode est qu’elle permet la fabrication reproductible d’actionneurs ioniques également en grande quantité. Regarder cette vidéo devrait vous donner une bonne compréhension sur la façon de fabriquer et d’utiliser des actionneurs ioniques.Le protocole est divisé en cinq étapes. Tout d’abord, une membrane ion-conduite est préparée. Il est ensuite recouvert d’électrodes à base de carbone auxquelles les collecteurs de courant d’or sont attachés.Après avoir coupé l’échantillon en forme, le matériau est prêt à l’emploi. Pour commencer, choisissez entre une membrane tri-PTFE, la même membrane imbibée d’électrolyte, ou une membrane textile renforcée. Chaque option se traduit par un actionneur fonctionnel.Consultez le texte pour obtenir de l’aide pour la sélection. Le matériau est préparé à l’aide d’un cadre. Prenez une feuille PTFE à haute porosité et placez-la sur le cadre.Tendu et attacher la feuille sur le cadre. Veillez à ne pas endommager la membrane sèche. Une fois la membrane prête, passez à l’étape de fabrication de l’électrode.Prenez une grande boîte de Pétri et placez une feuille ptfe à haute porosité à l’intérieur. Ajouter un excès de liquide ionique. Assurez-vous que toute la feuille est couverte.Une fois la membrane suffisamment trempée, retirer l’excédent à l’aide d’une pipette. Placez soigneusement la membrane entre les papiers filtrants pour enlever tout liquide ionique restant qui n’a pas été absorbé par la feuille PTFE. Répétez ce processus jusqu’à ce que la feuille soit semi-transparente mais non mouillée.Tendu et attacher la membrane trempée sur un cadre en plastique. Assurez-vous d’éviter les rides et les plis. Maintenant que la membrane est prête, passez à l’étape de fabrication de l’électrode.Prenez un tissu avec de fines fibres inertes et attachez-le sur un cadre. Assurez-vous de bien l’a tendu. Coupez tout excès de tissu à l’aide de ciseaux.Retirez soigneusement les fibres lâches. Tout en travaillant sous le capot de fumée, couvrez le tissu avec une fine couche de solution membranaire. Voir le texte pour la recette exacte.Laissez sécher complètement la première couche. Tout d’abord, utilisez le pistolet thermique et plus tard le pistolet thermique avec une configuration dédiée pour accélérer le processus de séchage. Évitez d’utiliser un taux de rotation trop élevé sur une membrane complètement humide car il peut entraîner la perte de matériel actif.Voir le texte pour plus de détails. Inspecter la membrane contre le rétro-éclairage pour décelés. Continuer à appliquer des couches de revêtement jusqu’à ce qu’une membrane sans défaut soit obtenue.Ajoutez les couches membranaires suivantes avec une extrême prudence. Appliquez des couches minces autant que possible et ne passez jamais deux fois sur des surfaces déjà mouillées. Appliquer des couches des deux côtés.De cette façon, le renforcement restera au milieu du composite. Laissez sécher une couche avant d’en ajouter une autre. Une fois qu’une membrane sans défaut a été obtenue, vérifiez son épaisseur à l’aide d’une jauge d’épaisseur.Actuellement, il est de 54 micromètres. Dans un flacon scellé, dissoudre le polymère dans le solvant en remuant toute la nuit à 70 degrés Celsius à l’aide d’un agitateur magnétique et d’une plaque chaude à température contrôlée. Voir le texte pour la recette exacte.Dans un autre flacon, peser la poudre de carbone, ajouter le liquide ionique, solvant, et une barre magnétique remuer. Sceller le flacon et mélanger. Une fois que la suspension en carbone s’est homogénéisée et que le polymère s’est dissous, fixez ou enlevez la perle magnétique et versez la solution polymère dans la suspension en carbone.Utilisez 10 millilitres de solvant pour éliminer les résidus de polymère des parois des flacons et les ajouter à la suspension en carbone. Homogénéiser la suspension à l’aide d’une sonde ultrasonique. Après cela, la suspension est prête pour l’utilisation ou le stockage.Remplissez le réservoir d’un pistolet pulvérisateur ou d’une brosse à air comprimé d’acétone. Testez d’abord le flux sur un morceau de papier. Assurez-vous que la brosse à air est propre et exempte de blocages.Pendant l’entreposage, la suspension peut se transformer en gel. Mélangez-le dans un récipient fermé à 70 degrés Celsius pour obtenir un liquide. Remplissez le réservoir de la brosse à air avec la suspension d’électrode.Testez d’abord le flux de suspension sur un morceau de papier. Prenez la membrane préparée. Commencez à déplacer le pistolet de pulvérisation avant de commencer à pulvériser.Gardez l’arme en mouvement en traits droits. Laissez sécher un côté avant de commencer à pulvériser de l’autre. Vaporiser jusqu’à ce que l’épaisseur désirée ait été atteinte.Retirez soigneusement le matériau du cadre. Si la membrane renforcée textile a été utilisée, puis aligner la coupe avec les fibres. Couper un morceau de quatre par trois centimètres à l’aide d’une règle métallique et d’un scalpel.Cette taille de coupe est plus pratique pour les lots de petite à moyenne taille. Toutefois, il n’est pas crucial d’obtenir des actionneurs de travail. Prenez un tube ou un tuyau métallique et fixez la pièce coupée dessus.Essayez de ne chevaucher qu’environ un millimètre du matériau de l’actionneur avec du ruban adhésif. Prenez une feuille d’or fin sur du papier de transfert et coupez-la en morceaux de quatre par quatre centimètres. Placez l’un d’eux sur un papier de soie.Vaporiser le composite d’une fine couche de colle. Voir le texte pour la recette exacte. Rangez rapidement le magasin de l’air à la verticale.Rouler le tuyau sur la feuille d’or pendant que la colle est encore humide. Aucune pression excessive n’est nécessaire pour rouler. Retirez le transfert et roulez à nouveau sur le papier de soie pour vous assurer que l’or est bien attaché.Placez le matériau à sécher. Une fois sec, retirez soigneusement le ruban adhésif pour libérer le matériau du tuyau. Nettoyez le tuyau avec de l’acétone.Fixer le matériau sur le tuyau, côté enduit d’or face au tuyau. Ensuite, répétez les étapes pour attacher le collecteur actuel de l’autre côté aussi. Notez les côtés qui ont été recouverts de ruban adhésif.Découpez des rectangles ou des formes plus complexes. Un échantillon de quatre par 20 millimètres est bon pour la caractérisation. Aligner la longueur de l’échantillon avec une direction incurvante.La pince molle doit d’abord être thermoformée. Placez l’actionneur dans un moule de flacon de verre pour thermoformer la pince en forme. Une fois que l’actionneur est à l’intérieur du moule, placez-les tous les deux dans un four ou utilisez la lumière infrarouge.La pince est placée entre les contacts d’or, le côté or face au matériau actif. Des étapes de tension sont appliquées pour gérer la charge utile. Ouverture de la pince.Fermeture de la pince. Soulever la charge utile à la main. Tester l’adhérence.Et enfin, libérer la charge utile. Les clips Kelvin sont utilisés pour la caractérisation. Placez l’actionneur entre les pinces et surveillez l’alpha d’angle à l’aide d’une caméra vidéo.En cas de signal triangulaire, la réponse actuelle d’un actionneur fonctionnel est capacitive. Considérant que la réponse d’un échantillon défectueux suit de près la loi d’Ohm et résiste. Utilisez la microscopie électronique à balayage pour décrire la structure de l’actionneur.Les échantillons sont gelés fracturés à l’aide d’azote liquide pour obtenir des sections transversales propres. Attention : Ne fermez jamais le couvercle d’un contenant d’azote liquide. L’accumulation de pression pourrait causer des blessures graves.Tout d’abord, congeler l’actionneur pendant quelques minutes dans de l’azote liquide. Ensuite, utilisez deux ensembles de pinces froides pour casser l’échantillon congelé. Les actionneurs renforcés de textile pourraient ne pas se briser à l’état gelé.Congeler un scalpel avec l’actionneur et hacher l’échantillon congelé en deux morceaux. Il s’agit d’une section transversale d’un actionneur PTFE montrant deux électrodes de carbone, séparées par une membrane PTFE, formant l’actionneur. Le point clé de cette méthode est l’inclusion d’un renforcement inerte tel que PTFE dans la couche membranaire.Cela simplifie considérablement le processus de fabrication et permet de reproduire les matériaux actifs à grande échelle. Notre méthode montre une voie prometteuse vers la fabrication industrielle d’actionneurs ioniques.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Fabrication d&#39;oxydes complexes spatialement confinés

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

Recherche

Ingénierie

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

Real-Time DC-dynamique Méthode de sollicitation pour Temps de commutation amélioration de franges champ gravement sous-amorti électrostatiques MEMS Actionneurs

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

Processus de fabrication des élastomères diélectriques Actionneurs à base de silicone

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-forme légère Actionneurs - Fabrication et contrôle des Actuation dans l&#39;échelle microscopique

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

Mise en œuvre expérimentale d’une nouvelle méthode de Fabrication Composite : exposer nus fibres sur la Surface Composite par la méthode de la couche molle

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

Fabrication de doux réseau pneumatique actionneurs avec chambres Oblique

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

Étudier la réponse de grande Amplitude oscillatoire des matériaux souples

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

Contrôle des vitesses de débit des fluides actifs 3D à base de microtubules à l'aide de la température

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

Fabrication rapide d'actionneurs et de robots pneumatiques souples minces

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

Modélisation et analyse expérimentale de l’ensemble motopompe coaxiale à arbre unique dans des actionneurs électrohydrostatiques

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