Name: fabrication of carbon-based ionic electromechanically active soft actuators
Uploaded: 2020-04-25T13:00:00
Duration: 14 min 42 s
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Gli autori desiderano ringraziare Ron Hovenkamp e Marcel Mulder di Philips Research per le discussioni utili. Questo lavoro è stato parzialmente sostenuto dal finanziamento istituzionale della ricerca IUT (IUT 20-24) del Ministero estone dell'Istruzione e della Ricerca, dell'onnippoli di ricerca estone (PUT1696), del Fondo europeo di sviluppo regionale, del programma Mobilitas Pluss (Grant No MOBTP47), del programma di ricerca e innovazione Orizzonte 2020 dell'Unione europea nell'ambito dell'accordo di sovvenzione Marie Skoodowska-Curie n. 793377 (BIOACT), e del progetto IMPACT-MII , un progetto di innovazione Sanitaria dell'EIT. EIT Health è sostenuta dall'EIT, un organismo dell'Unione europea.

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	<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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Abbiamo presentato un metodo di fabbricazione semplice, veloce, ripetibile e versatile per la preparazione composita elettromeccanicamente attiva per varie applicazioni attuatori, e con piccole modifiche anche per lo stoccaggio dell'energia, la raccolta33 o il rilevamentodi 34 applicazioni. Il metodo attuale si concentra sulle membrane con un componente passivo integrale e chimicamente inerte (ad esempio, una rete polimerica rinforzata con tessuti o una membrana di Teflon altamente porosa, vedi anche Figura 3) perché tali membrane semplificano significativamente il processo di preparazione dell'attuatore anche su larga scala. Inoltre, le membrane risultanti hanno un minor rischio di gonfiore e deformazione a causa di solventi (o elettroliti) nella sospensione dell'elettrodo o di formazione di hotspot a corto circuito rispetto a molti altri metodi e materiali di fabbricazione attuatore comuni.
I passaggi critici nella preparazione del laminato per attuatori capacitivi sono la preparazione della membrana, la fabbricazione degli elettrodi, l'attacco del collettore corrente, il taglio e il contatto (Figura 2). Ognuno di questi passaggi lascia spazio per la personalizzazione e l'ottimizzazione delle prestazioni, ma anche per gli errori. Nella sezione seguente discuteremo in dettaglio le modifiche vantaggiose e le strategie di risoluzione dei problemi di questo metodo di fabbricazione. Un composito ad alte prestazioni risulta dall'interazione di diversi aspetti chiave che devono essere tenuti a mente: sufficiente conduttività elettronica lungo l'elettrodo (aggiungere collettore a corrente d'oro agli elettrodi di carbonio); conduttività ionica sufficiente attraverso la membrana (utilizzare una sottile membrana porosa e una quantità sufficiente di elettrolita a bassa viscosità, ridurre il rischio di interazioni sfavorevoli tra la membrana e l'elettrolita utilizzando una rete polimerica inerte); superficie elevata dell'elettrodo (selezionare un tipo di carbonio adatto); elettroliti su misura che si traducono in gonfiore/contrazione asimmetrica degli elettrodi (selezionare un elettrolita adatto); parametri meccanici (Giovani dei componenti). Questi aspetti principali di un attuatore a base di carbonio ad alte prestazioni sono evidenziati anche nella Figura 1B.
Una membrana ad alte prestazioni è la parte centrale di questo composito. Ha due compiti: prevenire la conduttività degli elettroni (cortocircuiti) tra gli elettrodi consentendo un'elevata conduttività ionica. Le modifiche alla membrana potrebbero servire a diversi scopi, ad esempio l'integrazione degli utensili introdotta da Must et al.24 o l'aggiunta di nuove proprietà (ad esempio, biocompatibilità, biodegradabilità o diverse proprietà meccaniche). L'attuale metodo di fabbricazione potrebbe essere modificato per utilizzare altri polimeri ed elettroliti nella membrana per introdurre nuove proprietà al laminato attivo. Come la strategia di selezione dei solventi introdotta qui per gli attuatori rinforzati in tessuto, è consigliabile selezionare i solventi più poveri per la successiva fabbricazione di elettrodi rispetto alla preparazione della membrana. Questo assicura che la membrana rimanga funzionale e intatta anche dopo l'aggiunta di elettrodi.
Le prestazioni di azionamento del composito finale sono influenzate dal materiale elettrodo selezionato (carbonio), dall'elettrolita e possibilmente dalla loro compatibilità tra loro. Questo protocollo introduce la fabbricazione di laminati capacitivi a base di carbonio utilizzando carbonio derivato dal boro e 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulne ([EMIM][OTf]) liquido ionico. Tuttavia, lo stesso protocollo è adattabile ad altri materiali carbonio ad alta superficie specifica, come carbonio derivato da carbide provenienti da altre fonti (ad esempio, TiC35, SiC o Mo2C36),nanotubi di carbonio8,37, aerogel di carbonio38 o grafene39,e altri, come anche esaminato di recente40. Inoltre, anche altri elettroliti potrebbero essere utilizzati nella preparazione dell'attuatore. Ottenere un composito funzionale non è limitato ai tipi di carbonio e liquidi ionici presentati in questo protocollo. La dimensione delle particelle di carbonio, la loro possibile agglomerazione nella sospensione dell'elettrodo e la viscosità delle sospensioni sono parametri più cruciali per il processo di rivestimento a spruzzo.
Questo metodo consente la produzione di materiale laminato elettromeccanicamente attivo con proprietà riproducibili in grandi quantità. La miniaturizzazione degli attuatori realizzati con questo materiale viene effettuata principalmente utilizzando il taglio ad alta precisione (ad esempio, Figura 3C). Metodi alternativi per la preparazione di strutture fini, come la mascheratura, e la modellazione sono possibili durante il rivestimento a spruzzo41. Inoltre, le strutture in scala millimetriche possono anche essere modellate nel successivo passo di attacco della corrente d'oro. Tuttavia, in scala sub-millimetria questo potrebbe diventare abbastanza difficile. Altri tipi di attuatori o attuatori a base di carbonio senza collettori a corrente d'oro potrebbero essere più facili da preparare, se le caratteristiche modellabili devono essere in scala micrometrica.
Gli attuatori intrinsecamente morbidi che rispondono agli stimoli elettrici hanno molti vantaggi grazie alla loro natura morbida e conforme, al funzionamento silenzioso e ai bassi livelli di tensione richiesti. Il protocollo attuale mostra come produrre tale materiale in grandi quantità e con elevata ripetibilità batch-to-batch e all'interno del lotto senza compromettere le prestazioni di attuazione. Le modifiche al metodo attuale per incorporare componenti più bio-compatibili e possibilmente anche biodegradabili che consentirebbero la chiusura operativa di organismi viventi oltre a approcci di incapsulamento totale di successo, e l'integrazione del materiale attivo introdotto in dispositivi robotici o biomedici morbidi sono previsti per il futuro.

Polimeri ionici elettromeccanici attivi o compositi polimerici sono materiali intrinsecamente morbidi e conformi che hanno ricevuto un crescente interesse per diverse applicazioni robotiche e biomimetiche (ad esempio, come attuatori, pinze o robot bioispirati1,2). Questo tipo di materiale risponde ai segnali elettrici nella gamma di pochi volt, che li rende facili da integrare con l'elettronica convenzionale e le fonti di alimentazione3. Sono disponibili molti tipi diversi di materiali di base dell'attuatore ionico, come descritto in dettaglio altrove4, e di recente5. Inoltre, recentemente è stato sottolineato in particolare che lo sviluppo di dispositivi robotici morbidi sarà strettamente legato allo sviluppo di processi di produzione avanzati per materiali e componenti attivi rilevanti6. Inoltre, l'importanza di un flusso di processo efficiente e consolidato nella preparazione di attuatori riproducibili che hanno il potenziale per passare dal laboratorio all'industria è stata evidenziata anche in precedenti studi basati su metodi7.
Nel corso degli ultimi decenni, molti metodi di fabbricazione sono stati sviluppati o adattati per la preparazione di attuatori (ad esempio, fusione strato per strato8 e pressatura a caldo9,10, impregnazione-riduzione11, pittura12,13, o sputtering e successiva sintesi elettrochimica14,15, stampa a getto d'inchiostro16 e spin-coating17); alcuni metodi sono più universali, e alcuni sono più limitanti in termini di selezione del materiale rispetto ad altri. Tuttavia, molti dei metodi attuali sono piuttosto complicati e/o più adatti per la fabbricazione su scala di laboratorio. Il protocollo attuale si concentra su un metodo di fabbricazione dell'attuatore veloce, ripetibile, affidabile, automatizzabile e scalabile per produrre laminati attivi con bassa variabilità batch-to-batch e all'interno del lotto e una lunga durata dell'attuatore18. Questo metodo può essere utilizzato dagli scienziati dei materiali per sviluppare attuatori ad alte prestazioni per la prossima generazione di applicazioni bioispirate. Inoltre, seguendo questo metodo senza modifiche, gli ingegneri di robotica morbida e gli insegnanti un materiale attivo per lo sviluppo e la prototipazione di nuovi dispositivi o per l'insegnamento di concetti di robotica morbida.
Polimeri o attuatori polimerici elettromeccanici ionici attivi sono tipicamente costituiti da compositi laminari a due o tre strati e si piegano in risposta alla stimolazione elettrica nell'intervallo di pochi volt (Figura 1). Questo movimento di piegatura è causato dagli effetti di gonfiore e contrazione negli strati degli elettrodi, ed è tipicamente portato con sé o da reazioni faradaiche (redox) sugli elettrodi (ad esempio, in caso di polimeri elettromeccanici attivi (EAP) come i polimeri conduttivi) o dalla carica capacitiva del doppio strato (ad esempio, negli elettrodi polimerici a base di carbonio, dove il polimero potrebbe agire solo come legante). In questo protocollo (Figura 2), ci concentriamo su quest'ultimo; mostriamo la fabbricazione di un composito elettromeccanico attivo che consiste di due elettrodi a base di carbonio ad alta superficie specifica che sono separati da una membrana io-conduttiva ionica inerte che facilita il movimento di cations e anioni tra gli elettrodi – una configurazione molto simile ai supercondensatori. Questo tipo di attuatore si piega in risposta alla carica/scarico capacitivo e al conseguente gonfiore/contrazione degli elettrodi è tipicamente attribuito alle differenze nel volume e nella mobilità di cations e anioni dell'elettrolita8,10,19. A meno che il carbonio funzionalizzato per superficie non venga utilizzato come materiale attivo o composito capacitivo venga utilizzato al di fuori della finestra potenziale di stabilità elettrochimica dell'elettrolita, non si prevede reazioni faradaiche su questo tipo di elettrodi20. La mancanza di reazioni faradaiche è il principale contributore alla vita beneficamente lunga di questo materiale attuatore (cioè migliaia di cicli in aria8,18 mostrati per diversi attuatori capacitivi).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4.jpg"> Figura 1: La struttura dell'attuatore a base di carbonio nella versione neutra (A) e nello stato azionato (B). (B) evidenzia anche le caratteristiche chiave che determinano le prestazioni di un attuatore ionico. Nota: la figura non viene disegnata in scala. La dimensione degli ioni è stata esagerata per illustrare il meccanismo di azionamento più comunemente citato prevalente nel caso di una membrana inerte che consente la mobilità di entrambi gli anioni e le cazioni dell'elettrolita (ad esempio, liquido ionico). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Ottenere una membrana funzionale che rimane intatta durante l'intero processo di fabbricazione è uno dei passaggi chiave nella preparazione efficace dell'attuatore. Una membrana ad alte prestazioni per un attuatore è il più sottile possibile e consente la conduttività ionica tra gli elettrodi bloccando qualsiasi conduttività elettronica. La conduttività ionica nella membrana può derivare dalla combinazione dell'elettrolita con una rete porosa inerte (ad esempio, l'approccio utilizzato in questo protocollo) o dall'utilizzo di polimeri specifici con unità ionizzate covalentmente incollate o altri gruppi che consentono interazioni con l'elettrolita. Il primo approccio è preferito qui per la sua semplicità, mentre le interazioni specificamente su misura tra l'elettrolita e la rete polimerica potrebbero anche avere vantaggi, se si possono escludere interazioni sfavorevoli (ad esempio, bloccando o rallentando significativamente il movimento iotecnico a causa delle interazioni). La vasta selezione di membrane ionomeriche o altrimenti attive per gli attuatori elettromeccanici attivi e i loro meccanismi di azionamento risultanti sono stati recentemente esaminati21. La selezione della membrana, oltre alla selezione degli elettrodi, svolge un ruolo cruciale nelle prestazioni, nella durata e nel meccanismo di azionamento dell'attuatore. Il protocollo attuale si concentra principalmente sulle membrane inevoche che forniscono la struttura porosa per la migrazione degli ioni (come mostrato nella Figura 1),anche se parti del protocollo (ad esempio, l'opzione membrana C) potrebbero rivelarsi utili anche per le membrane attive.
Oltre alla selezione del materiale della membrana, il suo metodo di fabbricazione svolge anche un ruolo importante nell'ottenere un separatore funzionale per il composito. Le membrane di colata utilizzate in precedenza tendono a fondersi durante la fase successiva di pressatura a caldo e possono quindi formare punti caldi a corto circuito22. Inoltre, le membrane ionomeriche commerciali (ad esempio, Nafion) tendono a gonfiarsi e fibbia in modo significativo in risposta ai solventi utilizzati nelle fasi di fabbricazione successive12e alcuni polimeri (ad esempio, la cellulosa23)sono noti per dissolversi in una certa misura in alcuni liquidi ionici, causando probabilmente problemi con la ripetizione del processo di fabbricazione e con conseguente scarsa uniformità degli elettrodi. Pertanto, questo protocollo si concentra sugli attuatori con un componente integrale passivo e chimicamente inerte nella membrana (ad esempio, fibra di vetro o seta con PVDF o PTFE) che impedisce al composito di gonfiarsi e alla deformazione nelle fasi di fabbricazione successive o alla formazione di circuiti brevi. Inoltre, l'aggiunta di un componente inerte e passivo semplifica notevolmente il processo di produzione e consente di ottenere lotti di dimensioni maggiori rispetto ai metodi più tradizionali.
L'inclusione di un rinforzo passivo nella membrana è stata introdotta per la prima volta da Kaasik et al. 18 per affrontare i problemi di cui sopra nel processo di produzione dell'attuatore. L'inclusione di un rinforzo tessile tessuto (vedi anche Figura 3B e 3D) introduce ulteriormente la capacità di integrare gli strumenti nel composito attivo24 o di sviluppare tessuti intelligenti18. Pertanto, l'opzione membrana C nel protocollo è più adatta per tali applicazioni. Tuttavia, nel caso di attuatori miniaturizzati (nel livello sub-millimetrico), il rapporto componente passivo-attivo nella membrana diventa sempre più sfavorevole e l'inclusione di un rinforzo tessile ordinato potrebbe iniziare a influenzare negativamente le prestazioni dell'attuatore e la ripetibilità da campione a campione. Inoltre, la direzione del rinforzo (lungo o diagonale rispetto alla direzione di piegatura) potrebbe influire sulle prestazioni di attuatori più complessi in modo imprevisto. Pertanto, una struttura inerte meno ordinata e altamente porosa sarebbe più vantaggiosa per gli attuatori miniaturizzati e forme attuatori più complesse.
Il politetrafluoroetilene (PTFE, noto anche sotto il nome commerciale Teflon) è uno dei polimeri più inerti conosciuti fino ad oggi. È tipicamente altamente idrofobico, ma esistono versioni idrofile che sono rese, che sono più facilmente utilizzabili nella fabbricazione dell'attuatore. La figura 3A illustra la struttura casuale di una membrana di filtrazione ptFE idrofila inerte utilizzata in questo protocollo per la preparazione dell'attuatore. Oltre all'uniformità di questo materiale in tutte le direzioni che è utile per tagliare attuatori miniaturizzati o forme complesse, utilizzando una membrana di filtrazione commerciale con porosità controllata semplifica ulteriormente il processo di fabbricazione dell'attuatore quasi eliminando la necessità di qualsiasi preparazione della membrana. Inoltre, gli spessori di membrana a partire da 30 m sono estremamente difficili da ottenere nella configurazione rinforzata con il tessuto descritta in precedenza. Pertanto, i metodi di fabbricazione dell'attuatore basati su PTFE (opzioni A e B) da questo protocollo dovrebbero essere preferiti nella maggior parte dei casi, considerando ulteriormente che l'opzione A è più veloce, ma gli attuatori realizzati utilizzando l'opzione B mostrano ceppi più grandi (nell'intervallo di frequenza presentato nella Figura 4B). La pinza morbida introdotta nella sezione dei risultati rappresentativi è stata preparata anche utilizzando la membrana PTFE imbevuta per la prima volta nell'elettrolita.
Dopo aver preparato una membrana funzionale, il protocollo continua con la preparazione dell'elettrodo e l'attacco corrente del collettore. Gli elettrodi a base di carbonio vengono aggiunti utilizzando il rivestimento a spruzzo, una procedura consolidata industrialmente che consente un elevato controllo sullo spessore dello strato di elettrodi risultante. Elettrodi più uniformi sono prodotti con rivestimento a spruzzo rispetto, ad esempio, al metodo di colata (o forse anche ad altri metodi liquidi) in cui si sa la sedimentazione delle particelle di carbonio durante l'essiccazione della pellicola25. Inoltre, un'ulteriore caratteristica del metodo di fabbricazione presentato si basa sulla strategia di selezione dei solventi più importante nel caso di membrane rinforzate in tessuto. Più precisamente, 4-metil-2-pentanone (il solvente nella soluzione di sospensione e colla elettrodo) non dissolve i rinforzi della membrana inerte o PVDF che viene utilizzato nella soluzione di membrana della membrana rinforzata tessile. Pertanto, il rischio di creare hotspot a corto circuito nel composito durante il rivestimento a spruzzo è ulteriormente ridotto.
Il laminato capacitivo è già attivo dopo l'applicazione di elettrodi di carbonio. Tuttavia, un ordine di grandezza attuatori più veloci26 sono ottenuti con l'applicazione di collezionisti di corrente d'oro. Un altro passo importante nel protocollo è l'attaccamento dei collettori attuali mentre l'elettrodo corrispondente è nello stato allungato (cioè, il composito è piegato). Pertanto, nello stato piatto neutro dell'attuatore, la foglia d'oro sarà allacciata nel livello submillimetrico. Questo approccio buffering-by-buckling27 consente deformazioni più elevate senza rottura rispetto a quanto sarebbe altrimenti possibile per una lastra di metallo fine (100 nm).
Tutte le fasi di produzione dell'attuatore (preparazione della membrana, irrorazione degli elettrodi, attacco del collettore corrente) sono state riassunte anche nella Figura 2. Per la dimostrazione di caratterizzazione delle prestazioni, abbiamo preparato una pinza che è conforme afferrare, tenere e rilasciare un oggetto di forma casuale con una trama di superficie casuale. Geometrie più semplici, come campioni rettangolari con proporzioni 1:4 o superiori (ad esempio, da 4 mm a 20 mm o anche da 1 mm a 20 mm28)ritagliate dal materiale attivo e bloccate in posizione a sbalzo sono anche molto tipiche per la caratterizzazione del materiale o altre applicazioni che utilizzano il comportamento del tipo di piegatura.
L'articolo si conclude con una breve introduzione alla tipica caratterizzazione del materiale capacitivo elettromeccanico elettromeccanicamente attivo e alle tecniche di risoluzione dei problemi utilizzando la geometria dell'attuatore rettangolare più semplice. Mostriamo come utilizzare comuni tecniche di caratterizzazione elettrochimica come la voltammetria ciclica (CV) e la spettroscopia elettrochimica di impedimento (EIS) per caratterizzare e risolvere i problemi del materiale attuatore in modo più dettagliato. La visualizzazione del composito a livello di sub-millimetri viene effettuata utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM), per la quale utilizziamo la tecnica crio-fratturazione per preparare i campioni. La natura polimerica del materiale rende difficile ottenere sezioni trasversali chiare con solo taglio regolare. Tuttavia, l'interruzione dei campioni congelati produce sezioni trasversali ben definite.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4.jpg"> Figura 2: Panoramica del processo di fabbricazione. I passaggi più importanti sono evidenziati. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</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

I laminati capacitivi elettromeccanicamente attivi sono un tipo di materiale intelligente che si muove in risposta alla stimolazione elettrica. A causa della natura morbida, conforme e biomimetica di questa deformazione, gli attuatori fatti del laminato hanno ricevuto un crescente interesse per la robotica morbida e le applicazioni (bio)mediche. Tuttavia, sono necessari metodi per fabbricare facilmente il materiale attivo in grandi quantità (anche industriali) e con un'elevata ripetibilità batch-to-batch e all'interno del lotto per trasferire le conoscenze dal laboratorio all'industria. Questo protocollo descrive un metodo semplice, industrialmente scalabile e riproducibile per la fabbricazione di laminati capacitivi elettromeccanici ionici a base di carbonio e la preparazione di attuatori realizzati. L'inclusione di uno strato intermedio passivo e chimicamente inelusivo (insolubile) (ad esempio, una rete polimerica rinforzata con tessuti o teflon microporoso) distingue il metodo dagli altri. Il protocollo è suddiviso in cinque fasi: preparazione della membrana, preparazione degli elettrodi, attacco del collettore corrente, taglio e sagomatura e azionamento. Seguendo il protocollo si ottiene un materiale attivo che può, ad esempio, afferrare e contenere in modo conforme un oggetto a forma casuale, come dimostrato nell'articolo.

Il punto finale principale per distinguere tra un esperimento riuscito e un esperimento fallito è la risposta del materiale ai segnali elettrici dopo essere stato contattato a un alimentatore. Nell'ingegneria elettrica, il rame è un materiale ben noto per la creazione di contatti. Tuttavia, il rame è anche elettrochimicamente attivo e quindi non adatto per il contatto con un sistema ionico introdotto qui. L'uso di contatti in rame potrebbe causare cortocircuiti a causa della formazione di dendriti attraverso il composito. Inoltre, in caso di caratterizzazione del materiale, è impossibile distinguere tra correnti (e azionamento) derivanti dal materiale elettroattivo e che derivano dall'attività elettrochimica del rame29. In precedenza abbiamo dimostrato che l'azionamento – anche se inaffidabile – senza alcun materiale attivo aggiunto (cioè senza elettrodi polimerici a base di carbonio o conduttivi) è possibile nel caso di membrane iomomeriche umide (ad esempio, Nafion) e solo terminali di rame29. Pertanto, tutti gli esperimenti con il materiale attivo qui sono stati eseguiti utilizzando solo contatti in oro inerte.
La spettroscopia elettrochimica di impedimento (EIS) è un metodo non distruttivo per la caratterizzazione e la risoluzione dei problemi del materiale attuatore capacitivo prima dell'uso. Gli spettri impediti in Figura 4C e 4D sono stati catturati utilizzando un potentiostat/galvanostat/FRA in configurazione a due elettrodi. Il campione (20 mm x 4 mm x 150 m) è stato posizionato tra i contatti dorati, l'ampiezza del segnale di ingresso durante la misurazione dell'impedimento è stata impostata su 5 mVRMS e sono state scansionate le frequenze da 200 kHz a 0,01 Hz. La figura 4C e il 4D mostrano i tipici spettri impediti dagli attuatori con un'altezza di 300 cm2)o con una resistenza interna bassa (5 cm2),rispettivamente. Gli spettri sono stati registrati utilizzando un campione con la membrana secca PTFE e un altro campione con la membrana imbevuta, rispettivamente. Una maggiore conduttività ionica attraverso il materiale tende a corrispondere ad attuatori più veloci e possibilmente anche più spostamento alla stessa frequenza di azionamento (vedi Figura 4B),se tutti gli altri parametri (ad esempio, parametri meccanici) sono mantenuti invariati e il materiale in generale è attivo.
La natura non distruttiva dell'EIS è particolarmente vantaggiosa per il rilevamento di cortocircuiti nel composito. In caso di attuatori preparati secondo l'attuale protocollo, i cortocircuiti sono più spesso causati da detriti di raccolta correnti sui lati dell'attuatore (vedi le istruzioni di taglio nel passo 4.1.1) o più raramente da una membrana difettosa (ad esempio, quando non coprono tutte le forane nella membrana rinforzata dal tessuto come indicato nella Sezione 1.5). Un resistore (in questo caso un cortocircuito) sarebbe stato presentato come un punto sulla trama nyquist di un esperimento EIS. Osservare tale risposta è un certo indicatore di un campione difettoso (vedi Figure 4C e 4D per gli spettri di riferimento degli attuatori capacitivi funzionali). I campioni in cortocircuito in genere non vengono azionati. Inoltre, questi sarebbero spesso resi permanentemente inutili a causa del riscaldamento resistivo e della conseguente fusione del composito quando si cerca di azionare.
Nella sua forma funzionale, questo materiale è un condensatore a doppio strato che mostra il movimento di piegatura in risposta alla ricarica e allo scarico del doppio strato grazie a elettroliti specificamente su misura utilizzati nella sua fabbricazione. La voltammemetria ciclica (CV) è una tecnica ampiamente utilizzata in elettrochimica per studiare diversi sistemi. Durante un esperimento CV, il potenziale dell'elettrodo funzionante (in questo caso uno degli elettrodi dell'attuatore) è variato rispetto a un controelettrodo (qui l'altro elettrodo dell'attuatore) con velocità costante (ad esempio, 800 mV/s tra i 2 V) e la risposta attuale dal sistema viene registrata utilizzando un potentiostat. Una tipica risposta attuale dal laminato capacitivo è presentata nella Figura 4E. La risposta attuale del campione con la membrana PTFE imbevuta (in grigio scuro in 4E) assomiglia a quella di un condensatore ideale: la corrente non dipende dal potenziale dell'elettrodo e dall'inversione del potenziale, la direzione corrente (e quindi il suo segno) viene modificata (quasi) immediatamente, risultando in un (quasi) voltagramma rettangolare. La risposta attuale del campione con una membrana inizialmente secca (in rosa in 4E) mostra un comportamento del condensatore meno ideale a questa velocità di scansione, probabilmente a causa dell'elevata resistenza interna del materiale (come dimostra anche l'EIS nella Figura 4C). Tuttavia, entrambi i campioni mostrano la natura capacitiva del composito. D'altra parte, linee grigio chiaro in Figura 4E mostrano possibile comportamento da campioni difettosi (ad esempio, quelli cortocircuito) che avrebbero seguito da vicino la legge di Ohm.
Le prestazioni dei diversi attuatori funzionali sono presentate in Figura 4A e Figura 4B. Nella figura 4A sono illustrate le istantanee del video in cui un attuatore termoformato a 5 dita tiene, tiene premuto e rilascia un oggetto a forma casuale in risposta ai passaggi di tensione. Le geometrie più semplici vengono in genere utilizzate per la caratterizzazione del materiale. Ad esempio, la figura 4B evidenzia l'angolo di piegatura massimo28degliattuatori a membrana PTFE secchi e bagnati,30 in risposta ai segnali di tensione triangolare tra i 2 V. Al fine di caratterizzare diversi materiali attuatori, i campioni (4 mm x 20 mm x 150 m) sono stati collocati tra i morsetti d'oro nella posizione a sbalzo (lasciando 18 mm di lunghezza libera per l'azionamento) e l'angolo di piegatura è stato registrato utilizzando una videocamera. In alternativa, il movimento di un singolo punto lungo l'attuatore (ad esempio, 5 mm dai contatti) è stato in genere monitorato nel tempo e utilizzato nei calcoli della differenza di deformazione31,32. L'elaborazione video, anche se più complessa, fornisce ulteriori informazioni sull'intero profilo di piegatura del campione e consente anche di analizzare nuovamente le prestazioni in un secondo momento, se tale esigenza dovesse sorgere. Il punto 0,1 Hz in Figura 4B corrisponde esattamente allo stesso segnale utilizzato negli esperimenti di voltammetria ciclica della figura 4E, sia in termini di tensione di attuazione che di frequenza di attuazione. L'uso dello stesso segnale di caratterizzazione e di azionamento ci permette, ad esempio, di trarre conclusioni sulla natura capacitiva del materiale e sulla stabilità e la mancanza di reazioni elettrochimiche durante l'attivazione.
I metodi elettrochimici (EIS, CV), la visualizzazione della struttura dell'attuatore nel livello (tipicamente) del micrometro (SEM) e la caratterizzazione dello spostamento sono i metodi più comuni per caratterizzare gli attuatori ionici e valutare il successo del processo di fabbricazione. Tuttavia, gli esperimenti personalizzati per valutare le prestazioni dell'attuatore in un'applicazione più specifica vengono spesso sviluppati per valutare le prestazioni specifiche dell'applicazione (ad esempio, la capacità di eseguire un carico).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig3.jpg"> Figura 3: Imaging. Micrografie di elettroni a scansione che mostrano la membrana PTFE altamente porosa (A) e una sezione trasversale di un attuatore realizzato utilizzando la stessa membrana che non mostra alcuna delaminazione (C). Micrografo SEM che mostra una sezione trasversale di un attuatore rinforzato con tessuti (D) e una fotografia ottica del corrispondente rinforzo di seta (B). I campioni per le sezioni trasversali SEM sono stati prima crio-fratturati con azoto liquido, montati su un supporto campione di metallo e poi sputati con 5 nm di oro per una migliore definizione utilizzando un rivestimento sputter. Un microscopio elettronico a scansione da tavolo è stato utilizzato per l'imaging a 15 keV velocità di accelerazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig3large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig4.jpg"> Figura 4: Risultati rappresentativi dell'attuatore. (A) Passi di tensione e immagini corrispondenti della pinza a cinque bracci che afferrano in modo conforme un oggetto con forma casuale (attuatore senza contatti 21 mg; carico di schiuma di polistirolo 17,8 mg); (B) angolo di piegatura totale di 4 mm x 20 mm x 150 m attuatori basati su PTFE bloccati tra contatti d'oro (lunghezza libera 18 mm) in risposta a un segnale di azionamento triangolare (2 V) a diverse frequenze di azionamento (n. 3, le barre di errore rappresentano una deviazione standard della media); (C e D) tipici spettri elettrochimici di impedimento dei laminati capacitivi elettromeccanici (5 mV di ampiezza del segnaleRMS); (E) tipica voltammetria ciclica dei laminati capacitivi (segnale di attuazione triangolare utilizzando una velocità di scansione di 800 mV/s che corrisponde a0,1 punti in B). Le linee grigie sui voltammomici ciclici sono per il confronto e mostrano la risposta di un potenziale attuatore difettoso (essenzialmente un resistore) che seguirebbe da vicino la legge di Ohm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig4large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig5.jpg"> Figura 5: Asciugaturaa rotazione durante la preparazione della membrana . (A) schematici dell'immagine di impostazione (B) dell'impostazione con una cornice con rinforzo collegato. Durante l'essiccazione dello spin, la forza centrifuga dirige il solvente residuo nello strato di membrana verso il bordo del telaio. Questo può essere utile per accelerare il processo di essiccazione. Tuttavia, in caso di membrane completamente umide, ciò potrebbe comportare la perdita di materiale attivo (polimero e liquido ionico) e dovrebbe quindi essere evitato. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig5large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Questo articolo descrive un processo di produzione semplice e veloce di materiali compositi elettromeccanici attivi ionici per attuatori in applicazioni di robotica biomedica, biomimetica e morbida. I passaggi chiave di fabbricazione, la loro importanza per le proprietà finali degli attuatori e alcune delle principali tecniche di caratterizzazione sono descritti in dettaglio.

Fabbricazione di attuatori morbidi ionici ad attività in carbonio

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

Questo protocollo descrive la fabbricazione di materiale elettromeccanicamente attivo a base di carbonio per applicazioni di robotica biomedica e morbida. Il vantaggio principale di questo metodo è che consente la fabbricazione riproducibile di attuatori ionici anche in grandi quantità. Guardare questo video dovrebbe darti una buona comprensione su come fabbricare e utilizzare attuatori ionici.Il protocollo è diviso in cinque fasi. In primo luogo, viene preparata una membrana conduttore di ioni. Viene quindi coperto con elettrodi a base di carbonio a cui sono attaccati i collettori di corrente d'oro.Dopo aver tagliato il campione in forma, il materiale è pronto per l'uso. Per iniziare, scegli tra una membrana tri-PTFE, la stessa membrana imbevuta di elettrolita o una membrana rinforzata tessile. Ogni opzione si traduce in un attuatore funzionale.Vedi il testo per assistenza nella selezione. Il materiale viene preparato utilizzando un telaio. Prendi un foglio PTFE ad alta porosità e posizionalo sul telaio.Schernire e fissare il foglio sul telaio. Fare attenzione a non danneggiare la membrana secca. Una volta che la membrana è pronta, passare alla fase di fabbricazione dell'elettrodo.Prendi una grande piastra di Petri e posiziona un foglio PTFE ad alta porosità all'interno. Aggiungere un eccesso di liquido ionico. Assicurarsi che l'intero foglio sia coperto.Una volta che la membrana è sufficientemente imbevuta, rimuovere l'eccesso usando una pipetta. Posizionare con cura la membrana tra le carte filtranti per rimuovere il liquido ionico rimanente che non è stato assorbito dal foglio PTFE. Ripetere questo processo fino a quando il foglio non è semitrasparente ma non bagnato.Schernire e fissare la membrana imbevuta su un telaio di plastica. Assicurarsi di evitare rughe e pieghe. Ora che la membrana è pronta, salta avanti fino alla fase di fabbricazione dell'elettrodo.Prendi un tessuto con fibre inerti fini e fissalo su un telaio. Assicurati di snoscherarlo bene. Tagliare qualsiasi tessuto in eccesso usando le forbici.Rimuovere con cura eventuali fibre sciolte. Mentre si lavora sotto la cappa dei fumi, coprire il tessuto con un sottile strato di soluzione a membrana. Vedi il testo per la ricetta esatta.Lasciare asciugare completamente il primo strato. In primo luogo, utilizzare la pistola termica e successivamente la pistola termica insieme a una configurazione dedicata per accelerare il processo di asciugatura. Evitare di utilizzare una velocità di rotazione troppo elevata su una membrana completamente bagnata in quanto potrebbe causare la perdita di materiale attivo.Vedi il testo per ulteriori dettagli. Ispezionare la membrana contro la retroilluminazione alla ricerca di fori stenopeico. Continuare ad applicare strati di rivestimento fino a ottenere una membrana priva di difetti.Aggiungere strati di membrana successivi con estrema cautela. Applicare strati sottili il più possibile e non andare mai su superfici già bagnate due volte. Applicare i livelli su entrambi i lati.In questo modo, il rinforzo rimarrà al centro del composito. Lasciare asciugare uno strato prima di aggiungerne un altro. Una volta ottenuta una membrana priva di difetti, controllare il suo spessore utilizzando uno spessore.Attualmente, è di 54 micrometri. In un pallone sigillato, sciogliere il polimero nel solvente mescolando durante la notte a 70 gradi Celsius utilizzando un agitatore magnetico e una piastra calda a temperatura controllata. Vedi il testo per la ricetta esatta.In un altro pallone pesare la polvere di carbonio, aggiungere liquido ionico, solvente e una barra di agitazione magnetica. Sigillare il pallone e mescolare. Una volta che la sospensione di carbonio si è omogeneizzata e il polimero si è sciolto, fissare o rimuovere il tallone magnetico e versare la soluzione polimerica nella sospensione di carbonio.Utilizzare 10 millilitri di solvente per rimuovere i residui polimerici dalle pareti del pallone e aggiungerlo alla sospensione del carbonio. Omogeneizzare la sospensione utilizzando una sonda ad ultrasuoni. Successivamente, la sospensione è pronta per l'uso o lo stoccaggio.Riempire il serbatoio di una pistola a spruzzo o di una spazzola ad aria con acetone. Testare prima il flusso su un pezzo di carta. Assicurarsi che la spazzola ad aria sia pulita e priva di blocchi.Durante la conservazione, la sospensione può trasformarsi in un gel. Mescolare in un recipiente chiuso a 70 gradi Celsius per ottenere un liquido. Riempire il serbatoio della spazzola ad aria con la sospensione dell'elettrodo.Testare prima il flusso delle sospensioni su un pezzo di carta. Prendi la membrana preparata. Iniziare a spostare la pistola a spruzzo prima di iniziare a spruzzare.Tieni la pistola in movimento a colpi dritti. Lasciare asciugare un lato prima di iniziare a spruzzare sull'altro. Spruzzare fino a raggiungere lo spessore desiderato.Rimuovere con cura il materiale dal telaio. Se è stata utilizzata la membrana rinforzata tessile, allineare il taglio con le fibre. Tagliare un pezzo di quattro per tre centimetri usando un righello metallico e un bisturi.Questa dimensione di taglio è più conveniente per lotti di piccole e medie dimensioni. Tuttavia, non è fondamentale per ottenere attuatori funzionanti. Prendi un tubo o un tubo di metallo e fissa il pezzo tagliato su di esso.Provare a sovrapporre solo circa un millimetro del materiale dell'attuatore con nastro adesivo. Prendi un foglio d'oro fine sulla carta di trasferimento e taglialo in pezzi di quattro per quattro centimetri. Metti uno di loro su una carta velina.Spruzzare il composito con un sottile strato di colla. Vedi il testo per la ricetta esatta. Conservare rapidamente il pennello ad aria in posizione verticale.Arrotolare il tubo sopra la foglia d'oro mentre la colla è ancora bagnata. Non è necessaria alcuna pressione eccessiva per la laminazione. Rimuovere il trasferimento e rotolare di nuovo sulla carta velina per assicurarsi che l'oro sia correttamente attaccato.Posizionare il materiale ad asciugare. Una volta asciutto, rimuovere con cura il nastro per rilasciare il materiale dal tubo. Pulire il tubo con acetone.Fissare il materiale sul tubo, lato rivestito in oro rivolto verso il tubo. Quindi ripetere i passaggi per attaccare il raccoglitore corrente anche dall'altra parte. Si noti i lati coperti di nastro adesivo.Ritaglia rettangoli o forme più complesse. Un campione di quattro per 20 millimetri è buono per la caratterizzazione. Allineare la lunghezza del campione con una direzione curva.La pinza morbida deve essere termoformata per prima. Posizionare l'attuatore in uno stampo a flaconcino di vetro per termoformare la pinza in forma. Una volta che l'attuatore si trova all'interno dello stampo, posizionarli entrambi in un forno o utilizzare la luce infrarossa.La pinza è posizionata tra i contatti in oro, il lato oro rivolto verso il materiale attivo. I passaggi di tensione vengono applicati per gestire il carico utile. Apertura della pinza.Chiusura della pinza. Sollevando il carico utile a mano. Testare l'impugnatura.E infine, rilasciando il carico utile. Le clip Kelvin vengono utilizzate per la caratterizzazione. Posizionare l'attuatore tra i morsetti e monitorare l'angolo alfa utilizzando una videocamera.In caso di segnale triangolare, la risposta di corrente di un attuatore funzionale è capacitiva. Mentre la risposta da un campione difettoso segue da vicino la Legge di Ohm ed è resistiva. Utilizzare la microscopia elettronica a scansione per descrivere la struttura dell'attuatore.I campioni vengono congelati fratturati utilizzando azoto liquido per ottenere sezioni trasversali pulite. Attenzione:Non chiudere mai il coperchio di un contenitore di azoto liquido. L'accumulo di pressione potrebbe causare gravi lesioni.In primo luogo, congelare l'attuatore per alcuni minuti in azoto liquido. Quindi utilizzare due set di pinzette fresche per rompere il campione congelato. Gli attuatori rinforzati con tessuto potrebbero non rompersi allo stato congelato.Congelare un bisturi insieme all'attuatore e tritare il campione congelato in due pezzi. Questa è una sezione trasversale di un attuatore PTFE che mostra due elettrodi di carbonio, separati da una membrana PTFE, che formano l'attuatore. Il punto chiave di questo metodo è l'inclusione di un rinforzo inerte come il PTFE nello strato di membrana.Ciò semplifica significativamente il processo di produzione e consente di produrre in modo riproducibile i materiali attivi su larga scala. Il nostro metodo mostra una strada promettente verso la fabbricazione su scala industriale di attuatori ionici.

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