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

המחברים רוצים להודות רון Hovenkamp ו מרסל מולדר ממחקר פיליפס לדיונים מועילים. עבודה זו נתמכת באופן חלקי על ידי מחקר מוסדי IUT (IUT 20-24) של משרד החינוך והמחקר באסטוניה, על ידי המענק של מועצת המחקר של אסטוניה (PUT1696), על ידי הקרן האירופית לפיתוח האזור, על ידי התוכנית מיזם Pluss (גרנט No MOBTP47), על ידי אופק 2020 האיחוד האירופי תוכנית מחקר וחדשנות תחת מארי Skłodowska-קירי מענק הסכם לא 793377 (BIOACT), ועל ידי פרויקט השפעה , פרויקט חדשנות בריאות EIT. בריאות EIT נתמכת על ידי EIT, הגוף של האיחוד האירופי.

<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>

. למחברים אין מה לגלות

הצגנו פשוטה, מהירה, שיטת הייצור המגוונת והרב עבור הכנה יונית הelectromechanically פעיל מורכב עבור יישומים שונים למפעיל, עם שינויים קלים גם עבור אחסון אנרגיה, קצירת33 או חישה34 יישומים. השיטה הנוכחית מתמקדת בקרומים עם מרכיב פסיבי וכימי בלתי נפרד (למשל, רשת פולימר מחוזק בטקסטיל או קרום טפלון מאוד, ראו גם איור 3) משום שקרומים כאלה מפשטים באופן משמעותי את תהליך הכנת המפעיל גם בקנה מידה גדול. יתר על כן, הקרומים המתקבלים יש סיכון נמוך יותר של נפיחות וקריסה בשל ממיסים (או אלקטרוליט) השעיית האלקטרודה או של היווצרות נקודה חמה במעגל קצר בהשוואה לשיטות ייצור נפוצות אחרות וחומרים שונים.
השלבים הקריטיים בהכנה למינציה של המפעיל הקיבולי הם הכנת הממברנה, ייצור האלקטרודות, הקובץ המצורף לאספן הנוכחי, גזירה, ויצירת קשר (איור 2). כל אחד מהשלבים הללו מותיר מקום למיטוב התאמה אישית וביצועים, אך גם לטעויות. בסעיף הבא נדון בשינויים המיטיבים ובאסטרטגיות לפתרון בעיות של שיטת ייצור זו בפירוט נוסף. תוצאות ביצועים גבוהים מורכבים מן המשחק הגומלין של כמה היבטים מרכזיים שצריך לזכור: מוליכות אלקטרונית מספקת לאורך האלקטרודה (להוסיף זהב אספן הנוכחי לאלקטרודות פחמן); מוליכות יונית מספקת דרך הקרום (השתמש בקרום נקבובי דק וכמות מספקת של אלקטרוליט דל צמיגות, להפחית את הסיכון לאינטראקציות שלילי בין הקרום והאלקטרוליט באמצעות רשת פולימר אינרטי); שטח גבוה של האלקטרודה (בחר סוג פחמן מתאים); אלקטרוליט מותאם ומתאים לנפיחות א-סימטרית (בחירת אלקטרוליט); פרמטרים מכניים (מודולים של יאנג של הרכיבים). היבטים עיקריים אלה של למפעיל מבוססי פחמן בעלי ביצועים גבוהים מודגשים גם באיור 1B.
ממברנה בעלת ביצועים גבוהים היא החלק המרכזי של המורכב הזה. יש לו שתי משימות: למנוע מוליכות אלקטרונית (מעגלים קצרים) בין האלקטרודות תוך הפעלת מוליכות יונית גבוהה. שינויים בקרום יכול לשרת מספר מטרות, למשל שילוב הכלי כפי שהוצג על ידי et al.24 או תוספת של מאפיינים חדשים (למשל, biocompatibility, biodegradability או תכונות מכניות שונות). שיטת הייצור הנוכחית יכול להיות שונה כדי להשתמש פולימרים אחרים אלקטרוליטים בקרום להציג מאפיינים חדשים על למינציה הפעיל. כמו אסטרטגיית בחירת ממס הציג כאן עבור הטקסטיל מחוזק מפעילים, מומלץ לבחור ממיסים העניים עבור ייצור האלקטרודה הבאה לעומת ההכנה קרום. זה מבטיח כי הקרום נשאר פונקציונלי ושלמים גם לאחר התוספת של אלקטרודות.
הביצועים האקטוטוריים של המורכב הסופי מושפעים מחומר האלקטרודה הנבחר (פחמן), האלקטרוליט ואולי התאימות שלהם זה לזה. פרוטוקול זה מציג את הייצור של הפחמן מבוססי ציפויים קיבולי באמצעות בורון קרביד פחמן נגזר 1-אתיל-3-מתיונין trifluorometh, ([EMIM]) נוזל יוניים. עם זאת, אותו הפרוטוקול ניתן להתאמה לחומרים אחרים באזור משטח מסוים של פחמן, כגון פחמנים נגזרים ממקורות אחרים (למשל, TiC35, SiC או Mo2C36), פחמן צינוריות8,37, פחמן אירוג'ל38 או גראפן39, ועוד, כמו גם נבדקו לאחרונה40. כמו-כן, ניתן להשתמש גם באלקטרוליטים אחרים בהכנה למפעיל. השגת מורכב פונקציונלי לא מוגבל לטיפוסי פחמן ו-יוניים המוצגים בפרוטוקול זה. גודל חלקיקי הפחמן, ניתן לגלותם האפשרי בהשעיה האלקטרודה ואת צמיגות ההשעיה הם פרמטרים חיוניים יותר עבור תהליך ציפוי תרסיס.
שיטה זו מאפשרת ייצור של חומר electromechanically פעיל למינציה עם תכונות הנוזמות בכמויות גדולות. מזעור מפעילים העשויים מחומר זה מבוצע בעיקר באמצעות גזירה בדיוק גבוהה (למשל, איור 3C). שיטות אלטרנטיביות להכנת מבנים עדינים, כגון מיסוך, והכנת מסגרות אפשריות במהלך הריסוס-ציפוי41. יתר על כן, מבנים בקנה מידה מילימטר יכול גם להיות בדוגמת בשלב הבא של האספן הנוכחי הקובץ המצורף. עם זאת, בקנה מידה משני מילימטר זה עשוי להיות די קשה. סוגים אחרים של מפעילים או מפעיל מבוסס פחמן ללא האספנים הנוכחיים עשוי להיות קל יותר להכנה, אם התכונות המסיביות חייבות להיות בסולם המיקרומטר.
מפעילים רכים מיסודה המגיבים לגירויים חשמליים יש יתרונות רבים בזכות האופי הרך והתואם שלהם, פעולה שקטה ורמות מתח נמוכות הנדרשות. הפרוטוקול הנוכחי מציג כיצד להפיק חומר כזה בכמויות גדולות יותר ועם האפשרות לחזרה באצווה גבוהה ולחזרה בתוך אצוות מבלי להתפשר על ביצועי הביצועים. שינויים בשיטה הנוכחית כדי לשלב ידידותי יותר ביו ואולי גם רכיבים ביו-תכלה שיאפשרו מבצע קרוב או בפנים אורגניזמים חיים בנוסף לגישות מוצלחות הכוללת אנקפסולציה, ואת השילוב של החומר הפעיל הציג לתוך מכשירים רובוטיים רך או ביו מוצגים לעתיד.

Electromechanically היונית פעילה פולימר או פולימרים מרוכבים הם חומרים רכים ותואמי מיסודה אשר זכו לעניין הולך וגובר ביישומים שונים של רובוטיקה וביוגליי (למשל, כפעילים, למשרתות, או רובוטים ביו בהשראת1,2). סוג זה של חומר מגיב לאותות חשמליים בטווח של כמה וולט, מה שהופך אותם קל להשתלב עם אלקטרוניקה קונבנציונאלי מקורות כוח3. סוגים רבים של חומרי בסיס למפעיל יוניים הינם זמינים, כמתואר בפירוט במקום אחר4, ושוב לאחרונה מאוד5. יתר על כן, זה הודגש במיוחד לאחרונה כי התפתחות של מכשירים רובוטיים רך יהיה קשר הדוק מאוד לפיתוח של תהליכי ייצור מתקדמים עבור חומרים פעילים רלוונטיים ורכיבים6. יתר על כן, החשיבות של זרימת תהליך יעיל ומבוסס היטב בהכנת מפעילים מיוכיים, כי יש פוטנציאל לעבור מהמעבדה לתעשייה הודגש גם בשיטות קודמות מבוססות מחקרים7.
בעשורים האחרונים פותחו שיטות הייצור הרבות או הותאמו להכנת מפעילים (לדוגמה, השלכת שכבה על-ידי שכבה8 ולחיצה חמה9,10, הספגה-הפחתה11, ציור12,13, או התזה והסינתזה האלקטרוכימי העוקבת14,15, הדפסת הזרקת דיו16 וציפוי ספין17); שיטות מסוימות הן אוניברסליות יותר, וחלקן מגבילות יותר במונחים של בחירת חומרים מאחרים. עם זאת, רבות מהשיטות הנוכחיות הן מסובכות למדי ו/או מתאימות יותר לייצור בקנה מידה של מעבדה. הפרוטוקול הנוכחי מתמקד בשיטת ייצור מהירה, ניתנת לשחזור, אמינה ומדרגית לייצור ציפויים פעילים עם השתנות אצווה נמוכה ושינויים בתוך האצווה ובמשך זמן חיים של למפעיל ארוך18. שיטה זו יכולה לשמש על ידי מדענים חומרים לפתח מפעילים בעלי ביצועים גבוהים עבור הדור הבא של יישומים bioinspired השראת. כמו-כן, בעקבות שיטה זו ללא שינויים מעניקים למהנדסים ולמורים מכשירי רובוטיקה רכים חומר פעיל לפיתוח ולאבי-טיפוס של מכשירים חדשים, או להוראת מושגים ברובוטיקה רכה.
מפעילים פולימריים electromechanically פעילים פולימרים או פולימריים בדרך כלל עשויים שניים או שלושה שכבות מרוכבים למינריות וכיפוף בתגובה לגירוי חשמלי בטווח של כמה וולט (איור 1). זו תנועה כיפוף נגרמת על ידי הנפיחות והתכווצות השפעות בשכבות האלקטרודה, והוא בדרך כלל הביא יחד על ידי התגובות פארואדמית (מחדש) על אלקטרודות (למשל, במקרה של פולימרים electromechanically פעילים (EAPs) כמו פולימרים מוליך) או על ידי טעינה קיבולי של שכבה כפולה (למשל, ב פחמן מבוססי אלקטרודות פולימריים, שם הפולימר יכול לשמש רק כאוגדן). בפרוטוקול זה (איור 2), נתמקד בשני; אנו מראים את הייצור של electromechanically active המורכב המורכב שני שטח משטח ספציפי גבוה מוליך אלקטרוני מבוסס פחמן אלקטרודות כי הם מופרדים על-ידי קרום המוליך יון מוליך המקל על התנועה של הבליטות והאניונים בין אלקטרודות – תצורה דומה מאוד supercapacitors. סוג זה של מפעיל כפיפות בתגובה לטעינה/החלשת קיבוליים והנפיחות/הכיווץ של האלקטרודות מיוחסת בדרך כלל להבדלים בעוצמת הקול ובניידות של הקישות והאנונים של האלקטרוליט8,10,19. אלא אם כן פחמן המשמש לפני השטח משמש כחומר פעיל או המורכב קיבולי משמש מחוץ לחלון הפוטנציאלי יציבות אלקטרוכימי של האלקטרוליט, התגובות הפראיות לא צפויות להתרחש על סוג זה של אלקטרודות20. חוסר התגובות הפראיות הוא התורם העיקרי טובה אורך חיים ארוך של חומר זה למפעיל (כלומר, אלפי מחזורים באוויר8,18 המוצג עבור מפעילים קיבולי שונים).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4.jpg"> איור 1: מבנה המפעיל המבוסס על פחמן בנייטרלי (א) ובמצב האקטואלי (ב). (ב) גם מדגיש את מאפייני המפתח הקובעים את הביצועים של מפעיל יונית. הערה: האיור אינו נמשך לקנה מידה. גודל יון כבר מוגזם כדי להמחיש את מנגנון האקטוציה הנפוץ ביותר שכיחה במקרה של קרום אינרטי המאפשר ניידות של שני האנטונים והקטיונים של אלקטרוליט (למשל, נוזל יונית). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
השגת קרום פונקציונלי שנשאר ללא פגע לאורך כל תהליך הייצור הוא אחד השלבים העיקריים בהכנה למפעיל מוצלח. קרום בעל ביצועים גבוהים למפעיל הוא דק ככל האפשר ומאפשר מוליכות יונית בין האלקטרודות תוך חסימת מוליכות אלקטרונית כלשהי. מוליכות יונית בקרום יכול לנבוע משילוב האלקטרוליט עם רשת נקבובי אינרטי (למשל, הגישה המשמשת בפרוטוקול זה) או על ידי השימוש של פולימרים ספציפיים עם יחידות משומות מלוכדות או קבוצות אחרות המאפשרות אינטראקציות עם האלקטרוליט. הגישה הקודמת מועדפת כאן למען פשטותו, ואילו אינטראקציות מותאמות במיוחד בין האלקטרוליט לבין רשת הפולימר יכולות להיות גם יתרונות, אם האינטראקציות שלילי (למשל, חסימת או האטת תנועת היונים באופן משמעותי עקב אינטראקציות) ניתן לשלול. המבחר העצום של ionomeric או קרומים פעילים אחרים עבור מפעילים electromechanically פעילים ומנגנוני האקטוציה שלהם שנוצר נבדקו לאחרונה21. מבחר הממברנה, בנוסף לבחירת האלקטרודה, ממלא תפקיד מכריע במנגנון הביצועים, החיים והאקטוציה של המפעיל. הפרוטוקול הנוכחי מתמקד בעיקר בקרומים אינרטי המספקים את המבנה הנקבובי לנדידת יונים (כפי שמוצג באיור 1), למרות שחלקים מהפרוטוקול (למשל, אפשרות ממברנה C) יכולים גם להיות מועילים לקרומים פעילים.
בנוסף לבחירת חומר הממברנה, שיטת הייצור שלה גם ממלאת תפקיד חשוב בהשגת מפריד פונקציונלי עבור המורכב. קרום יצוק בשימוש בעבר נוטים להמיס במהלך השלב הלחוץ חם הלחיצה ולכן עשוי ליצור נקודות חמות מעגל קצר22. יתר על כן, ממברנות ionomeric מסחרי (g., nafion) נוטים להתנפח אבזם באופן משמעותי בתגובה ממיסים בשימוש בשלבי ייצור מאוחר יותר12, וכמה פולימרים (g., תאית23) ידועים להתמוסס במידה מסוימת בנוזלים יוניים מסוימים, אולי גרימת בעיות עם היכולת לעבור את תהליך הייצור וכ לכן, פרוטוקול זה מתמקד בפעילים עם מרכיב פסיבי וכימית אינטגרלי בקרום (למשל, סיבי זכוכית או משי עם PVDF או מצופה) העוצרת את המורכב מנפיחות וקריסה בשלבי ייצור מאוחר יותר או מתוך יצירת נקודות חמות קצרות מעגל. יתר על כן, התוספת של רכיב אינרטי ופסיבי מפשט את תהליך הייצור באופן משמעותי ומאפשר גדלי אצווה גדולים יותר לעומת שיטות מסורתיות יותר.
הכללת חיזוק פסיבי בקרום הוצג לראשונה על ידי Kaasik et al. 18 להתמודד עם הבעיות הנ ל בתהליך הייצור של המפעיל. הכללת חיזוק הטקסטיל ארוגים (ראה גם איור 3B ו 3b) עוד מציג את היכולת לשלב כלים לתוך המורכב24 המשולב או לפתח טקסטיל חכם18. לכן, אפשרות הממברנה C בפרוטוקול מתאימה יותר ליישומים כאלה. עם זאת, במקרה של מפעילים מיניאטורי (ברמת תת מילימטר), היחס הפסיבי-אל-אקטיבי המרכיב הקרום הופך יותר ויותר שלילי והכללת חיזוק הטקסטיל הורה עשוי להתחיל להשפיע באופן שלילי על ביצועי המפעיל ואת מדגם לחזרה לדוגמה היכולת. יתר על כן, הכיוון של חיזוק (לאורך או באלכסון לכיוון כיפוף) עלול להשפיע על הביצועים של מפעילים יותר בצורת ורכבות באופן בלתי צפוי. לכן, מבנה פחות מסודר ונקבובי מאוד מאוד יהיה מועיל יותר עבור מפעילים מיניאטורי וצורות למפעיל מורכבים יותר.
פוליטטרפלואורואתילן (גם ידוע בשמו של הסוחר טפלון) הוא אחד הפולימרים האינרטיים שיודעים עד כה. זה בדרך כלל הידרופובי מאוד, אבל גרסאות מטופלים על פני השטח, כי הם מעובד הידרופילי קיים, אשר ניתן להשתמש בקלות יותר בייצור המפעיל. איור 3A ממחיש את המבנה האקראי של קרום הידרופילי מצופיר אינרטי ששימש בפרוטוקול זה להכנת המפעיל. בנוסף לאחידות של חומר זה בכל הכיוונים, כי הוא מועיל לחתוך מפעילים מיניאטורי או צורות מורכבות, באמצעות קרום סינון מסחרי עם שינויים מבוקרים עוד יותר מפשט את תהליך ייצור המפעיל על ידי כמעט ביטול הצורך של כל הכנת קרום. יתר על כן, עוביים ממברנות נמוכים כמו 30 יקרומטר קשה מאוד להשיג את התצורה מחוזק הטקסטיל שתוארו בעבר. לפיכך, שיטות ייצור של מפעיל מתחת למפעיל (אפשרויות A ו-B) מפרוטוקול זה צריכות להיות מועדפות ברוב המקרים, בהתחשב בכך שהאפשרות A מהירה יותר, אך מפעילים שבוצעו באמצעות אפשרות B מציגים זנים גדולים יותר (בטווח התדרים המוצג באיור 4B). האחיזה הרך הציג בסעיף תוצאות הנציג הוכן גם באמצעות קרום הראש ספוגה באלקטרוליט.
לאחר ממברנה תפקודית הוכנו, הפרוטוקול ממשיך עם הכנת האלקטרודה המצורף אספן הנוכחי. אלקטרודות מבוססות פחמן מתווספים באמצעות תרסיס-הליך הוקמה באופן תעשייתי המאפשר שליטה גבוהה על עובי שכבת האלקטרודה הנובעת. אלקטרודות אחיד יותר מיוצרים עם ציפוי תרסיס לעומת, למשל, שיטת הליהוק (או אולי גם שיטות נוזלי אחרות) שבו משקעי חלקיקי פחמן במהלך הסרט ייבוש25 ידועים להתרחש. יתר על כן, תכונה נוספת של שיטת הייצור המוצגת מסתמך על אסטרטגיית בחירת ממס כי הוא החשוב ביותר במקרה של טקסטיל מחוזק הקרומים. ליתר דיוק, 4-מתיל-2-מחומש (הממס השעיית האלקטרודה ופתרון דבק) אינו מפזר את החיזוקים הממברנה האינרטי או PVDF המשמש בתמיסה הממברנה של הממברנה מחוזק הטקסטיל. לכן, הסיכון ליצירת נקודות חמות קצרות במעגל המורכב במהלך ציפוי ספריי מופחת עוד יותר.
לרבד קיבולי כבר פעיל לאחר היישום של אלקטרודות פחמן. עם זאת, הסדר של מפעילים בגודל מהיר יותר26 מתקבלים עם היישום של אספנים הנוכחי זהב. צעד חשוב נוסף בפרוטוקול הוא ההחזקה של אספנים הנוכחי בעוד האלקטרודה המתאימה היא במצב מתוח (כלומר, המורכב הוא מכופף). לכן, במצב הנייטרלי הניטרלי של המפעיל, עלה הזהב יהיה החגורה ברמת subמילימטר. זה אגירה-by-קריסה27 גישה מאפשרת דפורמציות גבוהות יותר ללא שבירת מאשר אחרת היה אפשרי עבור קנס (~ 100 nm) גיליון מתכת.
כל שלבי ייצור המפעיל (הכנה לממברנה, התזת אלקטרודות, מצורף לאספן הנוכחי) מסוכמים גם באיור 2. לצורך הדגמת אפיון הביצועים, הכנו אחיזה המוכנה באופן מיותר לאחיזה, החזקה והפצת חפץ אקראי במרקם משטח אקראי. גיאומטריות פשוטות יותר, כגון דגימות מלבניות עם 1:4 או יחס רוחב-גובה גבוה יותר (למשל, 4 מ"מ עד 20 מ"מ או אפילו 1 מ"מ עד 20 מ"מ28) גזור מתוך החומר הפעיל מהודק בעמדת הזיז גם אופייני מאוד לאפיון חומר או יישומים אחרים ניצול התנהגות כיפוף סוג.
המאמר מסתיים עם הקדמה קצרה לתוך האפיון הטיפוסי יונית electromechanically פעיל חומר קיבולי טכניקות לפתרון באמצעות הגיאומטריה מלבני פשוט יותר. אנו מראים כיצד להשתמש בטכניקות שכיחות לאפיון אלקטרוכימי כגון מחזורי וולטממטריה (CV) וספקטרוסקופיית עכבה אלקטרוכימי (EIS) כדי לאפיין ולפתור את החומר למפעיל ביתר פירוט. ההדמיה של הקומפוזיט ברמה תת-מילימטר נעשית באמצעות סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני (SEM), שעבורו אנו משתמשים בטכניקת ההקפאה כדי להכין את הדגימות. הטבע הפולימרי של החומר מקשה על השגת חתכים ברורים עם חיתוך רגיל בלבד. עם זאת, שבירת דגימות קפואות התוצאות במקטעים מוגדרים היטב.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4.jpg"> איור 2: סקירה של תהליך הייצור. השלבים החשובים ביותר מסומנים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</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

ציפויים electromechanically יוניים פעילים קיבולי הם סוג של חומר חכם המעבר בתגובה גירוי חשמלי. בשל האופי הרך, התואם והביולוגי של דפורמציה זו, מפעילים העשויים למינציה קיבלו התעניינות גוברת ברובוטיקה וביישומים רפואיים רכים. עם זאת, שיטות כדי להמציא בקלות את החומר הפעיל בכמויות גדולות (אפילו תעשייתי) ובאמצעות אצווה גבוהה-to-אצווה ו-בתוך אצווה היכולת לעבור להעביר את הידע מהמעבדה לתעשייה. פרוטוקול זה מתאר את השיטה הפשוטה, התעשייתית והתיעוש לייצור מelectromechanically מבוססי פחמן מבוסס-פחם והכנת מפעילים שנעשו. הכללה של שכבה פסיבית וכימית (שכבת אמצע) (למשל, רשת פולימר מחוזק טקסטיל או מיקרונקבובי טפלון) מבדיל את השיטה מאחרים. הפרוטוקול מחולק לחמישה שלבים: הכנה לממברנה, הכנה לאלקטרודות, מצורף האספן הנוכחי, גזירה ועיצוב, והגשמה. בעקבות הפרוטוקול התוצאה היא חומר פעיל שיכול, לדוגמה, לאחוז באופן בלתי מוכח ולהחזיק אובייקט בצורת אקראי כפי שמתואר במאמר.

נקודת הקצה הראשית להבחנה בין ניסיון מוצלח לניסוי שנכשל היא תגובת החומר לאותות חשמליים לאחר יצירת קשר עם ספק כוח. בהנדסת חשמל, נחושת הוא חומר ידוע ליצירת קשר. עם זאת, נחושת הוא גם פעיל אלקטרוכימית ולכן לא מתאים ליצור קשר עם מערכת יונית הציג כאן. שימוש במגעים עם נחושת עלול לגרום למעגלים קצרים עקב היווצרות דנדט דרך המורכב. כמו-כן, במקרה של אפיון חומרי, אי אפשר להבחין בין זרמים (והגשמה) הנובעים מחומר אלקטרואקטיבי והנובע מפעילות אלקטרוכימי של נחושת29. בעבר הצגנו כי הגשמה – אם כי לא אמין – ללא כל חומר פעיל מוסף (כלומר, ללא הפחמן מבוסס או אלקטרודות פולימר מוליך) אפשרי במקרה של ממברנות ionomer רטוב (למשל, Nafion) ומסופי נחושת רק29. לכן, כל הניסויים עם החומר הפעיל כאן בוצעו באמצעות מגעים בזהב אינרטי בלבד.
ספקטרוסקופיית עכבה אלקטרוכימי (EIS) היא שיטה גמישה לאפיון ופתרון בעיות של חומר למפעיל קיבולי לפני השימוש. ספקטרום העכבה באיור 4C ו -4c נתפסו באמצעות פוטנציאל/גלונוספSTAT/FRA בתצורת שתי האלקטרודה. המדגם (20 מ"מ x 4 מ"מ x 150 μm) הוצב בין אנשי הקשר זהב, אות הקלט משרעת במהלך מדידת העכבה הוגדרה 5 mVRMS ותדרים מ 200 kHz ל 0.01 Hz נסרקו. איור 4C ו 4c להראות את ספקטרום העכבה אופייני מן הפעילים עם גבוה (~ 300 Ω ס"מ2) או עם נמוך (~ 5 Ω ס"מ2) התנגדות פנימית, בהתאמה. הספקטרום הוקלט באמצעות מדגם עם ממברנה יבשה ומדגם נוסף עם הקרום הספוג, בהתאמה. מוליכות יונית גבוהה יותר דרך החומר נוטה להתאים מפעילים מהירים יותר ואולי גם העקירה יותר בתדר זהה (ראה איור 4B), אם כל הפרמטרים האחרים (למשל, פרמטרים מכניים) נשמרים ללא שינוי, החומר בכלל פעיל.
האופי הגמישה של EIS מועילה במיוחד לאיתור מעגלים קצרים בקומפוזיט. במקרה של מפעילים שהוכנו בעקבות הפרוטוקול הנוכחי, מעגלים קצרים נגרמים בדרך כלל על ידי פסולת מלקט הנוכחי על הצדדים של המפעיל (ראה הוראות חיתוך בשלב 4.1.1) או לעתים רחוקות יותר על ידי קרום פגום (למשל, כאשר לא לכסות את כל החורים בקרום מחוזק הטקסטיל כפי שהורו בסעיף 1.5). שאיפה (במקרה זה מעגל קצר) יוצגו כנקודה על העלילה נייקוויסט של ניסוי EIS. התבוננות תגובה כזאת היא מחוון מסוים של מדגם פגום (ראה איורים 4C ו 4c עבור ספקטרום התייחסות של מפעילים קיבולי פונקציונלי). דגימות קצרות מקוצר בדרך כלל לא לממש. יתר על כן, אלה בדרך כלל להיות מיוצר חסר תועלת לצמיתות בשל הסקה התנגדות ואת המסת כתוצאה של המורכב כאשר ניסה אקטואט.
בצורתו הפונקציונלית, חומר זה הוא קבל שכבה כפולה המציגה תנועה כיפוף בתגובה לטעינה ולהיפטר של שכבה כפולה תודות אלקטרוליטים המותאמים במיוחד המשמשים הייצור שלה. מחזורית וולטממטריה (CV) היא טכניקה נפוצה בתחום האלקטרוכימיה ללמוד מערכות שונות. במהלך ניסוי קורות חיים, הפוטנציאל של האלקטרודה העובדת (במקרה זה אחד האלקטרודות של המפעיל) הוא מגוון לגבי אלקטרודה נגדית (כאן האלקטרודה השנייה של המפעיל) עם מהירות קבועה (למשל, 800 mV/s בין ± 2 V) ואת התגובה הנוכחית מהמערכת נרשם באמצעות פוטנציאל. תגובה נוכחית טיפוסית של למינציה קיבולי מוצג באיור 4E. התגובה הנוכחית של המדגם עם ממברנות מצופחת (באפור כהה ב 4E) דומה לזה של קבל אידיאלי: הזרם אינו תלוי בפוטנציאל האלקטרודה ולאחר היפוך הפוטנציאל, הכיוון הנוכחי (ולכן הסימן שלו) משתנה (כמעט) מיד, וכתוצאה מכך באופן מלבני (כמעט). התגובה הנוכחית של המדגם עם קרום יבש בתחילה (בוורוד 4E) מראה פחות התנהגות הקבל אידיאלי בקצב הזה סריקה, כנראה עקב עמידות פנימית גבוהה של החומר (כפי שמעידים גם על ידי eis באיור 4e). עדיין, שתי הדגימות מראות את הטבע הקיבולי של המורכב. לעומת זאת, קווים אפורים בהירים באיור 4E מראים התנהגות אפשרית מדגימות פגומות (לדוגמה, מקצרים מאוד) שיעקבו אחר חוק ה אוהם.
הביצועים של מפעילים פונקציונליים שונים מוצגים באיור 4A ובאיור 4a. איור 4A מראה תמונות מתוך וידאו שבו מפעיל 5 אצבעות תרמוקים למפעיל, מחזיק ומשחרר אובייקט בצורת אקראי בתגובה לצעדי מתח. גאומטריות פשוטות יותר משמשות בדרך כלל למטרות אפיון חומרים. לדוגמה, איור 4b מדגיש את מפעילים הממברנה היבשים והספוגים "כיפוף מירבי של זווית28,30 בתגובה לאותות מתח משולשים בין ± 2 V. על מנת לאפיין חומרים למפעיל שונים, דגימות (4 מ"מ x 20 מ"מ x 150 μm) הוצבו בין מהדק זהב בעמדת הזיז (עוזב 18 מ"מ באורך חופשי לצורך הופעה) ואת זווית כיפוף נרשמה באמצעות מצלמת וידאו. לחילופין, התנועה של נקודה אחת לאורך המפעיל (למשל, 5 מ"מ מאנשי הקשר) כבר מנוטרים בזמן ומשמש להתאמץ חישובים ההבדל31,32. עיבוד וידאו, למרות מסובך יותר, מספק מידע נוסף על הפרופיל כיפוף כולו של המדגם גם מאפשר לנתח מחדש את הביצועים מאוחר יותר, אם צורך כזה צריך להתעורר. הנקודה 0.1 Hz באיור 4B מתאימה לאותו אות בדיוק כפי שנעשה בניסויים הוולטממטריה המחזוריות של איור 4b, הן במונחים של מתח הגשמה, כמו גם תדירות הגשמה. שימוש באותו אות לאפיון והגשמה מאפשר לנו, למשל, להסיק מסקנות על האופי הקיבולי של החומר ועל היציבות והיעדר תגובות אלקטרוכימיות במהלך האקטורות.
שיטות אלקטרוכימי (EIS, CV), ויזואליזציה של מבנה המפעיל ברמת המיקרומטר (בדרך כלל) ואפיון העקירה הן השיטות הנפוצות ביותר לאפיון מפעילים יוניים ולהערכת הצלחת תהליך הייצור. עם זאת, ניסויים מותאמים אישית להערכת ביצועי המפעיל ביישום ספציפי יותר מפותחים לעתים קרובות להערכת ביצועים ספציפיים ליישום (למשל, היכולת לשאת בעומס).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig3.jpg"> איור 3: הדמיה. סריקת מיקרוגרפים אלקטרונים המראים את הממברנה הנקבובי הגבוהה ביותר (A) וחתך רוחב של מפעיל שנעשה שימוש באותה ממברנה שאינה מראה הדלאמנציה (C). SEM יקרוגפיה המראה חתך של מפעיל טקסטיל מחוזק (D) ותצלום אופטי של חיזוק המשי המתאים (ב). דגימות עבור מקטעי ה-SEM היו הראשון שבורות ההקפאה באמצעות חנקן נוזלי, רכוב על מחזיק דגימת מתכת ולאחר מכן לאחר מכן לאחר 5 ננומטר של זהב עבור הגדרה טובה יותר באמצעות coater התיז. מיקרוסקופ אלקטרוני שולחן סריקה שימש להדמיה במתח של 15 האצת קוו. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig4.jpg"> איור 4: התוצאות הייצוגיות של המפעיל. (א) צעדי מתח ותמונות מתאימות של האחיזה בחמש הזרועות, תוך שהוא אוחז באובייקט בצורה אקראית (למפעילללא אנשי קשר 21 מ"ג; פוליסטירן מוקצף טען 17.8 מ ג); (ב) סך כיפוף זווית של 4 מ"מ x 20 מ"מ x 150 יקרומטר מצופה מפעילים מהודק בין אנשי הקשר זהב (18 מילימטר אורך) בתגובה לאות הגשמה משולש (± 2 V) בתדרים שונים של הגשמה (n = 3, קווי שגיאה מייצגים סטיית תקן אחת של הממוצע); (C ו -D) אופייני ספקטרום אלקטרוכימי של electromechanically פעיל ציפויים קיבולי (5 האות mVRMS משרעת); (ה) מחזורי וולטממטריה של ציפויים קיבוליים (אות הגשמה משולש באמצעות 800 mV/s מהירות סריקה התואמת 0.1 Hz נקודות ב B). קווים אפורים על מחזורי וולטמגרמות הם להשוואה ולהראות תגובה ממפעיל פוטנציאלי פגום (ביסודו של דבר) כי היה מקרוב לעקוב אחר חוק אוהם. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig5.jpg"> איור 5: ייבוש ספין במהלך הכנת ממברנה. (A) שרטוט של תמונת ההתקנה (B) של הכיוונון עם מסגרת עם חיזוק מצורף. במהלך ייבוש הספין, הכוח הצנטריפוגלי מכוון את שרידי הממס בשכבת הממברנה לעבר קצה המסגרת. זה יכול להיות מועיל להאצת תהליך הייבוש. עם זאת, במקרה של קרום רטוב לחלוטין, זה יכול לגרום לאובדן של חומר פעיל (נוזל פולימרי ויונית) ולכן צריך להימנע. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</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

מאמר זה מתאר תהליך ייצור מהיר ופשוט של החומרים המורכבים הelectromechanically יוניים עבור מפעילים בביו-רפואית, ביואידיטיטידים וביישומי רובוטיקה רכים. מדרגות הייצור המרכזיות, חשיבותם לתכונות הסופיות של הפעילים, וחלק משיטות האפיון העיקריות מתוארות בפרוטרוט.

הייצור של מפעיל פחמן מבוססי Electromechanically Active מפעילים רכים

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

פרוטוקול זה מתאר ייצור של חומר אלקטרומכני פעיל מבוסס פחמן עבור יישומי רובוטיקה ביו-רפואית ורכה. היתרון העיקרי של שיטה זו הוא שהיא מאפשרת ייצור לשחזור של מפעילים יוניים גם בכמויות גדולות. צפייה בסרטון זה אמורה לתת לך הבנה טובה כיצד לפברק ולהשתמש מפעילים יוניים.הפרוטוקול מחולק לחמישה שלבים. ראשית, קרום ניצוח יון מוכן. לאחר מכן הוא מכוסה באלקטרודות מבוססות פחמן שאליהן מחוברים אספני זרם הזהב.לאחר חיתוך הדגימה לצורה, החומר מוכן לשימוש. כדי להתחיל, לבחור בין קרום tri-PTFE, אותו קרום ספוג אלקטרוליט, או קרום טקסטיל מחוזק. כל אפשרות גורמת לתווים פונקציונליים.עיין בטקסט לקבלת עזרה בבחירה. החומר מוכן באמצעות מסגרת. קח גיליון PTFE נקבוביות גבוהה והנח אותו על המסגרת.מתוח ומהדק את הסדין על המסגרת. היזהר לא לפגוע קרום יבש. לאחר הממברנה מוכנה, לדלג לשלב ייצור האלקטרודה.קח צלחת פטרי גדולה והנח גיליון PTFE נקבוביות גבוהה בפנים. מוסיפים עודף של נוזל יוני. ודא כי הגיליון כולו מכוסה.לאחר הממברנה ספוגה מספיק, להסיר את עודף באמצעות פיפטה. בזהירות למקם את הממברנה בין ניירות מסנן כדי להסיר את כל הנוזל היוני שנותר כי לא נספג על ידי גיליון PTFE. חזור על תהליך זה עד הגיליון הוא חצי קדם אבל לא רטוב.מתוחים ומהדקים את הממברנה הספוגה על מסגרת פלסטיק. הקפידו להימנע מקמטים וקפליים. עכשיו, כאשר הממברנה מוכנה, דלג קדימה לשלב ייצור האלקטרודה.קח בד עם סיבים אינרטיים עדין ולהדק אותו על מסגרת. הקפד להתוח את זה היטב. לקצץ כל בד עודף באמצעות מספריים.בזהירות להסיר את כל הסיבים רופפים. תוך כדי עבודה מתחת למכסה המנוע של האדים, מכסים את הבד בשכבה דקה של תותב ממברנה. ראה את הטקסט עבור מתכון מדויק.תן לשכבה הראשונה להתייבש לחלוטין. ראשית, השתמש באקדח החום ומאוחר יותר באקדח החום יחד עם התקנה ייעודית כדי להאיץ את תהליך הייבוש. הימנע משימוש בקצב ספין גבוה מדי על קרום רטוב לחלוטין כפי שהוא עלול לגרום לאובדן של חומר פעיל.עיין בטקסט לקבלת פרטים נוספים. בדוק את הממברנה נגד תאורה אחורית לחורי סיכה. ממשיכים למרוח שכבות ציפוי עד שמתקבל קרום ללא פגמים.הוסיפו את שכבות הממברנה הבאות בזהירות רבה. יש למרוח שכבות דקות ככל האפשר ולעולם לא לעבור על משטחים רטובים כבר פעמיים. יש למרוח שכבות משני הצדדים.בדרך זו, התגבורת תישאר באמצע ההתגבורת. תן לשכבה אחת להתייבש לפני הוספת שכבה נוספת. לאחר שהושג קרום ללא פגמים, בדוק את עוביו באמצעות מד עובי.נכון לעכשיו, זה 54 מיקרומטר. בבקבוק אטום, ממיסים את הפולימר בממס על ידי ערבוב לילה ב 70 מעלות צלזיוס באמצעות ערבוב מגנטי וצלחת חמה מבוקרת טמפרטורה. ראה את הטקסט עבור מתכון מדויק.לתוך בקבוקון אחר, לשקול את אבקת הפחמן, להוסיף נוזל יוני, ממס, בר ערבוב מגנטי. לאטום את הבקבוק ולערבב. לאחר ההשעיה פחמן יש הומוגנית הפולימר התמוסס, לתקן או להסיר את חרוז מגנטי ויוצקים את פתרון הפולימר לתוך התלי פחמן.השתמש 10 מיליליטר של ממס כדי להסיר שאריות פולימר מקירות הבקבוק ולהוסיף אותו מתלי פחמן. הומוגניזציה ההשעיה באמצעות בדיקה קולית. לאחר מכן, ההשעיה מוכנה לשימוש או לאחסון.ממלאים את המאגר של אקדח ספריי או מברשת אוויר עם אצטון. תבדוק קודם את הזרימה על פיסת נייר. ודאו שמברשת האוויר נקייה ונקיה מחסימה.במהלך האחסון, ההשעיה עלולה להפוך לג'ל. מערבבים אותו בכלי סגור ב 70 מעלות צלזיוס כדי לקבל נוזל. מלאו את המאגר של מברשת האוויר במתלי האלקטרודה.בדוק תחילה את זרימת ההשעיה על פיסת נייר. קח את הממברנה המוכנה. התחל להזיז את אקדח הריסוס לפני שתתחיל לרסס.שמור את האקדח נע במשיכות ישרות. תן לצד אחד להתייבש לפני שמתחילים לרסס בצד השני. יש לרסס עד לקבלת העובי הרצוי.הסר בזהירות את החומר מהמסגרת. אם נעשה שימוש בממברנה מחוזקת טקסטיל, אז ליישר את החתך עם הסיבים. חותכים חתיכה של ארבעה על שלושה סנטימטרים באמצעות סרגל מתכת ואזמל.גודל לחתוך זה הוא הנוח ביותר עבור קבוצות קטנות עד בינוניות. עם זאת, אין זה חיוני להשגת מפעילים עובדים. קח צינור מתכת או צינור ולתקן את החתיכה על זה.נסה לחפוף רק כמילימטר אחד של חומר מפעיל עם קלטת. קח גיליון של זהב דק על נייר העברה וחתוך אותו לארבעה על ארבעה סנטימטר חתיכות. מניחים אחד מהם על נייר טישו.יש לרסס את המרוכבים בשכבה דקה של דבק. ראה את הטקסט עבור מתכון מדויק. במהירות לאחסן את מברשת האוויר זקוף.מגלגלים את הצינור על עלה הזהב בזמן שהדבק עדיין רטוב. אין צורך בלחץ מוגזם לגלגול. הסר את ההעברה ולגלגל את נייר הרקמה שוב כדי לוודא כי הזהב מחובר כראוי.מניחים את החומר לייבוש. לאחר ייבוש, להסיר בזהירות את הקלטת כדי לשחרר את החומר מהצינור. נקה את הצינור עם אצטון.לתקן את החומר על הצינור, מצופה זהב בצד מול הצינור. לאחר מכן חזור על השלבים כדי לצרף את האספן הנוכחי גם בצד השני. שים לב לצדדים שהיו מכוסים בקלטת.גזיר מלבנים או צורות מורכבות יותר. דגימה של ארבעה על 20 מילימטר טובה לאפיון. יישר את אורך הדגימה עם כיוון מתעקל.האחיזה הרכה חייבת להיות תרמופורמית ראשונה. מניחים את מפעיל לתוך תבנית בקבוקון זכוכית כדי thermoform האחיזה לתוך צורה. לאחר שהתב"ה נמצא בתוך התבנית, מניחים את שניהם בתנור או משתמשים באור אינפרא אדום.האחיזה ממוקמת בין מגעי זהב, הצד המוזהב הפונה לחומר הפעיל. שלבי מתח מוחלים כדי לטפל במטען. פותח את האחיזה.סוגר את האחיזה. מרים את המטען ביד. בודק את האחיזה.ולבסוף, לשחרר את המטען. קליפי קלווין משמשים לאפיון. מקם את מפעיל בין מלחציים ונטר את אלפא הזווית באמצעות מצלמת וידאו.במקרה של אות משולש, התגובה הנוכחית של מפעיל פונקציונלי היא קיבולית. בעוד שהתגובה מדגם פגום עוקבת מקרוב אחר חוק אוהם ומתנגדת. השתמש במיקרוסקופ אלקטרונים סריקה כדי לתאר את מבנה מפעיל.הדגימות שבורות בהקפאה באמצעות חנקן נוזלי כדי להשיג חתכים נקיים. זהירות: לעולם אל תסגור את המכסה של מיכל חנקן נוזלי. הצטברות הלחץ עלולה לגרום לפציעות חמורות.ראשית, להקפיא את מפעיל במשך כמה דקות בחנקן נוזלי. לאחר מכן השתמש בשני סטים של פינצטה מגניבה כדי לשבור את הדגימה הקפואה. מפעילי טקסטיל מחוזקים לא עלולים להישבר אפילו במצב הקפוא.להקפיא אזמל יחד עם מפעיל לקצוץ את המדגם הקפוא לשני חלקים. זהו חתך רוחב של מפעיל PTFE המציג שתי אלקטרודות פחמן, מופרדות על ידי קרום PTFE, ויוצרות את מפעיל. נקודת המפתח של שיטה זו היא הכללת חיזוק אינרטי כגון PTFE בשכבת הממברנה.זה מפשט את תהליך הייצור באופן משמעותי ומאפשר לשכפל את החומרים הפעילים בקנה מידה גדול. השיטה שלנו מראה מסלול מבטיח לקראת ייצור בקנה מידה תעשייתי של מפעילים יוניים.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

המצאה של תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית

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-דינמית הטיית שיטה להחלפת זמן שיפור בשולים בשדה קשות Underdamped תנעי MEMS אלקטרוסטטית

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

תהליך ייצור של מפעילי אלסטומר דיאלקטרי מבוסס סיליקון

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

מתנעים אור בצורה חופשית - ייצור ובקרה של Actuation ב בקנה מידה מיקרוסקופי

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

יישום ניסיוני של שיטת ייצור ללא הפרדות צבע חדשה: חשיפת סיבי חשופות על פני השטח Composite בשיטת שכבה רכה

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

ייצור של מפעילים רשת פנאומטיים רך עם המלוכסן צ'יימברס

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

לימוד התגובה הטיה מתנדנדות משרעת גדולה של חומרים רכים

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

שליטה במהירויות זרימה של נוזלים פעילים תלת-ממדיים מבוססי מיקרוכדורית באמצעות טמפרטורה

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

הייצור המהיר של הפעילים הפניאומטיים והרובוטים הדקים

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

מידול וניתוח ניסיוני של מכלול משאבת המנוע הקואקסיאלי בעל פיר יחיד במפעילים אלקטרוהידרוסטטיים

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