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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저자는 유용한 토론에 대한 필립스 연구에서 론 호벤캄프와 마르셀 멀더에게 감사드립니다. 이 작품은 부분적으로 교육 및 연구의 에스토니아어 교육부의 기관 연구 자금 IUT (IUT 20-24)에 의해 지원되었다, 에스토니아 연구위원회 보조금 (PUT1696), 유럽 지역 개발 기금에 의해, 프로그램 Mobilitas 플러스에 의해 (그랜트 No MOBTP47), 마리 Skłodowska-퀴리 보조금 계약에 따라 유럽 연합의 호라이즌 2020 연구 및 혁신 프로그램에 의해 (BIOACT), 및 프로젝트 임팩트 -MII , EIT 건강 혁신 프로젝트. EIT 헬스는 유럽 연합의 기관인 EIT에 의해 지원됩니다.

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저자는 공개 할 것이 없다.

우리는 다양한 액추에이터 응용 분야에 대한 이온 전기 기계적 활성 복합 준비를위한 간단하고 빠르고 반복 가능하고 다양한 제조 방법을 제시했으며, 에너지 저장, 수확33 또는34 응용 프로그램을 감지하기위한 사소한 수정으로도. 현재의 방법은 일체형 수동 및 화학적 불활성 성분(예를 들어, 섬유 강화 폴리머 네트워크 또는 고다공성 테프론 멤브레인을 가진 멤브레인에 초점을 맞추고 있으며, 또한 도 3참조)이러한 멤브레인은 액추에이터 준비 공정을 대규모로 크게 단순화하기 때문이다. 더욱이, 생성된 멤브레인은 다른 많은 일반적인 액추에이터 제조 방법 및 재료에 비해 전극 현탁액 또는 단락 핫스팟 형성의 용매(또는 전해질)로 인한 팽창 및 좌굴의 위험이 낮습니다.
정전 용량 액추에이터 라미네이트 제제의 중요한 단계는 멤브레인 제제, 전극 제조, 전류 수집기 부착, 절단 및 접촉이다(그림2). 이러한 각 단계는 사용자 지정 및 성능 최적화뿐만 아니라 실수에 대한 여지를 남깁니다. 다음 섹션에서는 이 제작 방법의 유익한 수정 및 문제 해결 전략에 대해 자세히 설명합니다. 염두에 두어야 할 몇 가지 주요 측면의 상호 작용에서 고성능 복합 결과: 전극을 따라 충분한 전자 전도도 (탄소 전극에 금 전류 수집기를 추가); 멤브레인을 통한 충분한 이온 전도도 (얇은 다공성 멤브레인과 충분한 양의 저점도 전해질을 사용하며, 불활성 폴리머 네트워크를 사용하여 멤브레인과 전해질 사이의 불리한 상호 작용에 대한 위험을 감소시킵니다); 전극의 높은 표면적 (적합한 탄소 유형을 선택); 전극의 비대칭 팽창 / 수축을 초래하는 맞춤형 전해질 (적합한 전해질 선택); 기계적 매개 변수 (구성 요소의 영의 계수). 고성능 탄소 기반 액추에이터의 이러한 주요 측면도 그림 1B에서강조표시됩니다.
고성능 멤브레인은 이 복합체의 핵심 부분입니다. 높은 이온 전도성을 가능하게하면서 전극 사이의 전자 전도도 (단락)를 방지하는 두 가지 작업이 있습니다. 멤브레인에 대한 변형은 여러 가지 목적을 위해 사용될 수 있습니다, 예를 들어 Must et al.24에 의해 도입된 바와 같이 공구 통합 또는 새로운 특성의 추가(예를 들어, 생체 적합성, 생분해성 또는 상이한 기계적 특성). 현재 의 제조 방법은 활성 라미네이트에 새로운 특성을 도입하기 위해 멤브레인에 다른 중합체 및 전해질을 사용하도록 변형 될 수있다. 섬유 강화 액추에이터에 대해 여기에 도입된 용매 선택 전략과 마찬가지로, 멤브레인 제조에 비해 후속 전극 제조에 대해 불량한 용매를 선택하는 것이 좋습니다. 이것은 멤브레인이 전극을 첨가 한 후에도 기능적이고 그대로 유지되도록합니다.
최종 복합재료의 작동 성능은 선택된 전극 재료(탄소), 전해질 및 아마도 서로의 호환성에 의해 영향을 받습니다. 이 프로토콜은 붕소 카바이드 탄소와 1-에틸-3-메틸리미다졸륨 트리플루오로메탄설포네이트([EMIM][OTf]] 이온 액체를 사용하여 탄소 기반 정전 용량 라미네이트의 제조를 소개합니다. 그러나, 동일한 프로토콜은 다른 공급원으로부터의 초경 유래 탄소(예를 들어, TiC35,SiC 또는 Mo2C36),탄소 나노튜브8,,37,탄소 에어로젤38 또는 그래핀39등과 같은 다른 고특이적 표면적 탄소 물질에 적응할 수 있으며, 또한 최근40건의검토가 있었다. 더욱이, 또한 다른 전해질은 액추에이터 제제에 사용될 수 있었다. 기능성 복합체를 얻는 것은 본 프로토콜에 제시된 탄소 및 이온성 액체 유형에 한정되지 않는다. 탄소 입자 크기, 전극 현탁액에서의 응집 가능성 및 현탁점도는 분무 코팅 공정에서 더 중요한 파라미터입니다.
이 방법은 대량으로 재현 가능한 특성을 가진 전기 기계적으로 활성 라미네이트 재료의 생산을 가능하게한다. 이 물질로 제조된 액추에이터의 소형화는 주로 고정밀 절단을 사용하여 수행된다(예: 도 3C). 마스킹, 및 패터닝과 같은 미세 구조물을 준비하기 위한 대안적인 방법은 분무코팅(41)동안 가능하다. 또한 밀리미터 규모의 구조는 후속 금 전류 수집기 부착 단계에서 도패터링할 수 있습니다. 그러나 밀리미터 단위의 눈금에서는 이 것이 매우 어려워질 수 있습니다. 패턴 기능이 마이크로미터 스케일에 있어야 하는 경우 금 전류 수집기가 없는 다른 유형의 액추에이터 또는 탄소 기반 액추에이터를 준비하는 것이 더 쉬울 수 있습니다.
전기 자극에 반응하는 본질적으로 부드러운 액추에이터는 부드럽고 규정을 준수하는 특성, 조용한 작동 및 낮은 필수 전압 레벨 덕분에 많은 장점을 가지고 있습니다. 현재 프로토콜은 작동 성능을 손상시키지 않으면서 대량으로 높은 배치 대 배치 및 배치 내 반복성을 통해 이러한 재료를 생산하는 방법을 보여줍니다. 성공적인 총 캡슐화 접근법 이외에 살아있는 유기체 내부의 작동을 가능하게 하는 보다 생체 친화적이고 아마도 생체 분해성 구성 요소를 통합하는 현재 의 방법을 수정하고, 도입된 활성 물질을 소프트 로봇 또는 생체 의학 장치에 통합하는 것이 미래에 도래할 것으로 구상되고 있습니다.

이온 전기 역학 적 중합체 또는 폴리머 복합재료는 본질적으로 부드럽고 규정을 준수하는 재료로, 다양한 소프트 로봇 및 생체 모방 응용 분야(예: 액추에이터, 그리퍼 또는 생체 영감 로봇1,,2)에대한 관심이 높아지고 있습니다. 이러한 유형의 재료는 몇 볼트 범위의 전기 신호에 반응하므로 기존의 전자 장치 및 전원과 쉽게 통합 할 수있습니다 3. 이온 액추에이터 기본 재료의 많은 다른 유형은 다른 곳에서 자세히 설명 한 바와 같이 사용할 수 있습니다4,다시 매우 최근에5. 또한, 최근 소프트 로봇 장치의 개발은 관련 활성 재료 및 부품에 대한 첨단 제조 공정의 개발과 매우 밀접한 관련이 있을 것이라는 점을 특히 강조하고 있다6. 또한 실험실에서 산업으로 이동할 가능성이 있는 재현 가능한 액추에이터의 제조에서 효율적이고 잘 확립된 공정 흐름의 중요성도 이전 방법 기반 연구에서 강조되었습니다7.
지난 수십 년 동안, 많은 제작 방법은 액추에이터의 제조를 위해 개발또는 적응되었다 (예를 들어, 층별 주조8 및 핫 프레스9,,10,함침 감소11,그림12,,13,또는 스퍼터링 및 후속 전기 화학 합성14,,15,잉크젯 인쇄16 및 스핀 코팅17); 어떤 방법은 더 보편적이며, 일부는 다른 방법보다 재료 선택의 측면에서 더 제한적입니다. 그러나, 현재 방법의 대부분은 오히려 복잡 하 고 실험실 규모 제조에 대 한 더 적합. 현재 프로토콜은 신속하고 반복 가능하며 신뢰할 수 있고 자동화 가능하며 확장 가능한 액추에이터 제작 방법에 중점을 두어 배치 간 일괄 처리 및 배치 내 가변성 및 긴 액추에이터 수명18로활성 라미네이트를 생산합니다. 이 방법은 재료 과학자들이 차세대 바이오영감 응용 을 위한 고성능 액추에이터를 개발하는 데 사용할 수 있습니다. 또한, 수정없이이 방법을 따르는 소프트 로봇 엔지니어와 교사는 새로운 장치의 개발 및 프로토 타이핑을위한 활성 자료를 제공하거나 소프트 로봇 개념을 가르치기위한.
이온 전기역학적 활성 중합체 또는 중합체 액추에이터는 전형적으로 2층 또는 3층 층 층 형 층화및 몇 볼트 의 범위에서전기 자극에 반응하여 구부리기(도1)로이루어진다. 이러한 굽힘 운동은 전극 층의 팽윤 및 수축 효과에 의해 발생하며, 전극에 대한 파다딕(redox) 반응(예를 들어, 전도성 중합체와 같은 전기기계적 활성 폴리머(EAP)의 경우) 또는 이중 층의 정전용량 충전(예를 들어, 탄소계 중합체에서만 결합할 수 있음)에 의해 전극에 의해 전달된다. 이프로토콜(그림 2)에서는후자에 중점을 둡니다. 우리는 두 개의 높은 비특이적 표면적으로 구성된 전기 기계적 활성 복합체의 제조를 보여 주며, 이는 전극 간의 양이온과 음이온의 이동을 용이하게 하는 불활성 이온 전도성 멤브레인에 의해 분리되는 전자 전도성 탄소 기반 전극으로 구성되어 있으며, 이는 슈퍼 커패시터와 매우 유사한 구성입니다. 이러한 유형의 액추에이터는 정전 용량 충전/방전 및 전극의 팽창/수축에 대한 응답으로 구부러지며, 전해질8,,10,,19의양이온 및 음이온의 부피 및 이동성의 차이에 기인한다. 표면 기능화 탄소가 전해질의 전기화학적 안정성 전위 창 밖에서 활성 물질 또는 정전용량성 복합체로 사용되지 않는 한, 이러한 유형의전극(20)에서는파라다ic 반응이 일어나지 않는 것으로 예상된다. faradaic 반응의 부족은 이 액추에이터 물질의 유익한 긴 수명에 주요 기여자입니다 (즉,공기8에서사이클의 수천,18 다른 정전 용량 액추에이터에 대해 표시).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4.jpg"> 도 1: 중성(A) 및 액추에이트된 상태(B)에서의 탄소계 액추에이터의 구조. (B)는또한 이온 액추에이터의 성능을 결정하는 주요 특성을 강조한다. 참고: 그림의 배율이 그려지지 않습니다. 이온 크기는 전해질(예를 들어, 이온성 액체)의 음이온 및 양이온 둘 다의 이동성을 가능하게 하는 불활성 멤브레인의 경우에 널리 퍼진 가장 일반적으로 인용된 작동 메커니즘을 설명하기 위해 과장되었다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
전체 제조 공정 전반에 걸쳐 그대로 유지되는 기능성 멤브레인을 얻는 것은 성공적인 액추에이터 준비의 핵심 단계 중 하나입니다. 액추에이터용 고성능 멤브레인은 가능한 한 얇으며 전자 전도도를 차단하면서 전극 간의 이온 전도도를 가능하게 합니다. 멤브레인의 이온 전도도는 전해질을 불활성 다공성 네트워크(예: 이 프로토콜에 사용되는 접근법)와 결합하거나 공유 결합 된 이온화 단위 또는 전해질과의 상호 작용을 가능하게하는 다른 그룹과 특정 중합체의 사용에 의해 발생할 수 있습니다. 전자 접근법은 단순화를 위해 여기에서 선호되는 반면, 특히 전해질과 폴리머 네트워크 간의 맞춤형 상호 작용은 불리한 상호 작용(예를 들어, 상호 작용으로 인해 이온 움직임을 현저히 차단 또는 감속)하는 경우 도 장점을 가질 수 있습니다. 전기기계적 활성 액추에이터 및 그 결과로 생성된 작동 메커니즘에 대한 이오노머머 또는 기타 활성 멤브레인의 광대 한 선택은 최근21검토되었습니다. 멤브레인 선택은 전극 선택 외에도 액추에이터의 성능, 수명 및 작동 메커니즘에서 중요한 역할을 합니다. 현재 프로토콜은 주로 이온 이동을 위한 다공성 구조를 제공하는 불활성 멤브레인에 초점을 맞추고 있습니다(그림 1과같이), 프로토콜의 일부(예를 들어, 멤브레인 옵션 C)는 활성 막에도 도움이 될 수 있습니다.
멤브레인 재료 선택 외에도, 그 제조 방법은 또한 복합체에 대한 기능성 분리기를 획득하는 데 중요한 역할을 한다. 이전에 사용된 주조 멤브레인은 나중에 고온 가압 단계 동안 용융되는 경향이 있으므로 단락핫스팟(22)을형성할 수 있다. 더욱이, 상업용 이온성 멤브레인(예를 들어, Nafion)은 이후 제조단계(12)에서사용되는 용매에 반응하여 현저하게 팽창및 버클링하는 경향이 있으며, 일부 폴리머(예를 들어, 셀룰로오스23)는일부 이온성 액체에서 어느 정도 용해되는 것으로 알려져 있으며, 제조 공정의 반복성에 문제가 발생하고 전극의 불균일성을 초래할 수 있다. 따라서 이 프로토콜은 멤브레인에 일체형 수동 및 화학적으로 불활성 성분(예: PVDF 또는 PTFE가 있는 유리 섬유 또는 실크)이 있는 액추에이터에 중점을 두어 나중에 제작 단계에서 팽창 및 좌굴이나 단락 핫스팟을 형성하는 것을 막습니다. 또한 불활성 및 수동 부품을 추가하면 제조 공정이 크게 간소화되고 기존 방법에 비해 더 큰 배치 크기가 가능합니다.
멤브레인에 수동 보강의 포함은 Kaasik 외에 의해 처음도입되었습니다. 도 18은 액추에이터 제조 공정에서 전술한 문제점을 해결하기 위해서다. 직조 섬유 보강의 포함 (도 3B 및 3D참조) 또한 활성복합체 (24)에 도구를 통합하거나 스마트 섬유(18)를개발하는 기능을 소개한다. 따라서, 프로토콜내의 멤브레인 옵션 C는 이러한 애플리케이션에 더 적합하다. 그러나 소형 액추에이터(서브 밀리미터 수준)의 경우 멤브레인의 수동-활성 성분 비율이 점점 더 불리해지고 주문된 섬유 보강재가 포함되면 액추에이터의 성능과 샘플 간 반복성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 굽힘 방향과 관련하여 보강 방향(굽힘 방향에 대해 대각선)은 예기치 않게 더 복잡한 모양의 액추에이터의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 덜 주문되고 다공성이 높은 불활성 구조는 소형 액추에이터와 보다 복잡한 액추에이터 모양에 더 유리합니다.
폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 또한 테플론이라는 이름으로도 알고 있음)은 현재까지 가장 불활성 폴리머 중 하나입니다. 그것은 전형적으로 높게 소수성, 그러나 친수성 렌더링되는 표면 처리된 버전은 존재합니다, 이는 액추에이터 제조에서 더 쉽게 사용할 수 있습니다. 도 3A는 액추에이터 제제를 위해 본 프로토콜에 사용된 불활성 친수성 PTFE 여과막의 무작위 구조를 도시한다. 이 물질의 균일성은 모든 방향에서 소형 액추에이터 또는 복잡한 모양을 절단하는 데 도움이되는, 제어 다공성을 가진 상업용 여과 막을 사용하여 거의 모든 멤브레인 준비에 대한 필요성을 제거하여 액추에이터 제조 공정을 단순화합니다. 또한, 30 μm의 낮은 멤브레인 두께는 앞에서 설명한 섬유 강화 구성에서 획득하기가 매우 어렵습니다. 따라서, 이 프로토콜로부터의 PTFE 기반 액추에이터 제작 방법(옵션 A 및 B)은 옵션 A가 더 빠르다는 점을 고려할 때 대부분의 경우에 선호되어야 하지만, 옵션 B를 사용하여 만든 액추에이터는 더 큰 균주를 보여준다(도 4B에제시된 주파수 범위에서). 대표적인 결과 섹션에 도입된 소프트 그리퍼는 또한 먼저 전해질에 담근 PTFE 멤브레인을 사용하여 제조하였다.
기능성 멤브레인이 제조된 후, 프로토콜은 전극 준비 및 전류 수집기 부착과 함께 계속된다. 탄소 기반 전극은 스프레이 코팅을 사용하여 추가됩니다 - 결과 전극 층 두께를 높은 제어 할 수 있도록 산업적으로 설립 된 절차. 보다 균일한 전극은 분무 코팅으로 제조되며, 예를 들어, 필름건조(25) 동안 탄소 입자의 침전이 발생하는 주조 방법(또는 다른 액체 방법)이 발생하는 것으로 알려져 있다. 더욱이, 제시된 제조 방법의 또 다른 특징은 섬유 강화 멤브레인의 경우 가장 중요한 용매 선택 전략에 의존한다. 보다 정확하게는, 4-메틸-2-펜타네(전극 현탁액 및 접착제 용액의 용매)는 섬유 강화 막의 멤브레인 용액에 사용되는 불활성 멤브레인 보강재 또는 PVDF를 용해시키지 않는다. 따라서 분무 코팅 시 복합소재에 단락 핫스팟이 생성될 위험이 더욱 줄어듭니다.
정전 용량 라미네이트는 탄소 전극의 적용 후 이미 활성화되어 있습니다. 그러나, 금 전류 수집기의26 적용으로 크기 빠른 액추에이터(26)의 순서를 얻을 수 있다. 프로토콜에서 또 다른 중요한 단계는 전류 수집기의 부착이며 해당 전극은 스트레치 상태(즉, 복합체가 구부러짐)에 있는 동안입니다. 따라서 액추에이터의 중립 플랫 상태에서 금박은 서브 밀리미터 수준에서 버클링됩니다. 이 버퍼링 바이 좌굴27 접근 법은 미세 (~ 100 nm) 금속 판에 대해 그렇지 않으면 가능할 것보다 깨지지 않고 더 높은 변형을 가능하게합니다.
모든 액추에이터 제조 단계(멤브레인 준비, 전극 분무, 전류 수집기 부착)도 도 도 2에요약되어 있다. 성능 특성화 데모를 위해 임의의 표면 텍스처를 가진 임의의 모양의 오브젝트를 잡고 잡고 해제하는 그리퍼를 준비했습니다. 1:4 이상의 종횡비를 가진 직사각형 샘플(예: 4mm ~ 20mm 또는 1mm ~ 20mm28)과같은 간단한 형상은 활성 재료에서 잘라내고 캔틸레버 위치에서 클램핑되는 경우에도 굽힘 형 거동을 활용하는 재료 특성화 또는 기타 응용 분야에서 매우 일반적입니다.
이 기사는 간단한 직사각형 액추에이터 지오메트리를 사용하여 일반적인 이온 전기 역학 적 정전 용량 재료 특성화 및 문제 해결 기술에 대한 간략한 소개로 끝납니다. 우리는 순환 voltammetry (CV) 및 전기 화학 임피던스 분광법 (EIS)와 같은 일반적인 전기 화학 적 특성 화 기술을 사용하여 액추에이터 물질을 보다 자세하게 특성화하고 문제를 해결하는 방법을 보여줍니다. 서브 밀리미터 수준에서 복합체의 시각화는 우리가 샘플을 준비하기 위해 저온 골절 기술을 사용하는 스캐닝 전자 현미경 검사법 (SEM)을 사용하여 수행됩니다. 재료의 중합체 특성으로 인해 일반 절단만으로 명확한 단면을 얻기가 어렵습니다. 그러나 고정된 샘플을 분리하면 잘 정의된 단면이 생성됩니다.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4.jpg"> 그림 2: 제작 프로세스 개요. 가장 중요한 단계가 강조 표시됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</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

이온 전기 기계적 활성 정전 용량 라미네이트는 전기 자극에 반응하여 이동하는 스마트 재료의 일종이다. 이러한 변형의 부드럽고 규정을 준수하는 생물 모방 특성으로 인해 라미네이트로 만든 액추에이터는 소프트 로봇 공학 및 (바이오) 의료 응용 분야에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 그러나 실험실에서 산업으로 지식을 이전하기 위해서는 활성 물질을 대량(심지어 산업용) 수량으로 쉽게 제작하고 배치 간 및 배치 내 반복성을 쉽게 제조할 수 있는 방법이 필요합니다. 이 프로토콜은 이온 탄소 기반 전기 역학 정전용량 체형 라미네이트의 제조 및 이의 제조액추에이터의 제조를 위한 간단하고 산업적으로 확장 가능하고 재현 가능한 방법을 설명합니다. 수동 및 화학적으로 불활성(불용성) 중간 층(예: 섬유 강화 폴리머 네트워크 또는 미세 다공성 테플론)의 포함은 이 방법을 다른 방법과 구별한다. 프로토콜은 멤브레인 준비, 전극 준비, 전류 수집기 부착, 절단 및 성형 및 작동의 다섯 단계로 나뉩니다. 프로토콜에 따라 문서에 설명된 대로 임의모양의 개체를 준수하게 파악하고 보유할 수 있는 활성 물질이 생성됩니다.

성공한 실험과 실패한 실험을 구별하는 기본 끝점은 전원 공급 장치에 접촉한 후 전기 신호에 대한 재료의 반응입니다. 전기 공학에서 구리는 접촉 만들기에 잘 알려진 재료입니다. 그러나 구리는 전기화학적 활성이므로 여기에 도입된 이온 시스템과의 접촉에 적합하지 않습니다. 구리 접합을 사용하면 복합재를 통한 모수석 형성으로 인해 단락이 발생할 수 있습니다. 더욱이, 물질 적 특성화의 경우, 전기활성 물질로부터 유래되는 전류(및 작동)와구리(29)의전기화학적 활성으로부터 유래하는 전류(및 작동)를 구별하는 것은 불가능하다. 우리는 이전에 작동을 보여 주었다 – 비록 신뢰할 수 없는 – 어떤 추가 활성 물질없이 (즉, 탄소 기반 또는 전도성 폴리머 전극없이) 습식 이오노머 멤브레인의 경우 가능하다 (예를 들어, Nafion) 단지 구리 단자29. 따라서, 여기서 활성 물질을 이용한 모든 실험은 불활성 금 접점으로만 수행되었다.
전기화학임피온분광학(EIS)은 사용 전에 정전용량액액기 물질의 특성화 및 문제 해결을 위한 비파괴적 방법입니다. 도 4C 및 4D의 임피던스 스펙트럼은 2전극 구성에서 전위주의/갈바노스타트/FRA를 사용하여 포착되었습니다. 샘플(20 mm x 4 mm x 150 μm)은 금 접점 사이에 배치되었고, 임피던스 측정 동안 입력 신호 진폭은 5 mVRMS로 설정되었고 200 kHz에서 0.01 Hz까지의 주파수를 스캔하였다. 그림 4C 및 4D는 각각 높은 액추에이터(~300Ωcm2)또는 낮은(~5Ωcm2)내부 저항을 가진 액추에이터로부터의 전형적인 임피던스 스펙트럼을 보여줍니다. 스펙트럼을 각각 건조 PTFE 멤브레인과 다른 샘플을 사용하여 적신 멤브레인을 사용하여 기록하였다. 재료를 통한 이온 전도도가 높을수록 더 빠른 액추에이터에 대응하는 경향이 있으며, 동일한 작동 주파수에서 더 많은 변위(도 4B참조)도 있으며, 다른 모든 파라미터(예: 기계적 파라미터)가 변경되지 않고 일반적으로 활성상태인 경우 더욱 높은 변위가 있을 수 있습니다.
EIS의 비파괴특성은 복합체내 단락 검출에 특히 유용합니다. 현재 프로토콜에 따라 제조된 액추에이터의 경우, 단락은 액추에이터 측면의 전류 수집기 파편(4.1.1단계의 절단 지침 참조) 또는 결함이 있는 멤브레인에 의해 드물게 발생합니다(예: 섹션 1.5에서 지시한 대로 섬유 강화 멤브레인의 모든 핀홀을 덮지 않는 경우). 저항기(이 경우 단락)는 EIS 실험의 나이퀴스트 플롯에 점으로 표시됩니다. 이러한 반응을 관찰하는 것은 결함이 있는 샘플의 특정 지표입니다(기능정전용량 액추에이터의 참조 스펙트럼에 대해서는 도 4C 및 4D 참조). 단락 된 샘플은 일반적으로 작동되지 않습니다. 또한, 이들은 가장 자주 때문에 저항 가열 및 작동을 시도 할 때 복합체의 결과 용융에 영구적으로 쓸모 렌더링 될 것이다.
기능적 형태인 이 소재는 제조에 사용되는 맞춤형 전해질 덕분에 이중 층의 충전 및 방전에 대한 응답으로 굽힘 동작을 보여주는 이중 층 커패시터입니다. 순환 볼탐측정법 (CV)은 다른 시스템을 연구하기 위하여 전기화학에서 널리 이용되는 기술입니다. CV 실험 동안, 작동 전극의 전위(이 경우 액추에이터의 전극 중 하나)는 일정한 속도(예: ±2V 사이의 800 mV/s)와 시스템의 전류 반응이 전능한 전극을 사용하여 기록되는 카운터 전극(여기서 액추에이터의 다른 전극)에 대하여 다양합니다. 정전 용량 성 라미네이트로부터의 전형적인 전류 반응은 도 4E에제시된다. 적신 PTFE 멤브레인 (4E의어두운 회색)을 가진 샘플의 현재 반응은 이상적인 커패시터와 유사합니다 : 전류는 전극 전위에 의존하지 않고 전위를 반전시, 전류 방향 (따라서 그 기호)은 즉시 (거의) 직사각형 볼탐모그램을 초래합니다. 초기에 건조한 멤브레인(4E의분홍색)을 가진 시료의 현재 반응은 아마도 물질의 높은 내부 저항(도 4C에서EIS에 의해 입증된 바와 같이)으로 인해 이 스캔 속도에서 덜 이상적인 커패시터 거동을 보여줍니다. 여전히, 두 샘플은 복합체의 용량 성 특성을 보여줍니다. 반면에 그림 4E의 밝은 회색 선은 Ohm의 법칙을 밀접하게 따르는 결함이 있는 샘플(예: 단락된 샘플)의 가능한 동작을 보여 준다.
다른 기능액추에이터의 성능은 그림 4A 및 도 4B에제시되어 있다. 그림 4A는 5손가락 열성형 액추에이터가 전압 단계에 대응하여 임의 모양의 물체를 잡고 놓는 비디오의 스냅샷을 보여줍니다. 간단한 형상은 일반적으로 재질 특성화 목적으로 사용됩니다. 예를 들어 그림 4B는 ±2 V 사이의 삼각형 전압 신호에 응답하여 건조하고 담근 PTFE 멤브레인 액추에이터의 최대 굽힘 각도28,,30을 강조 표시합니다. 상이한 액추에이터 재료를 특성화하기 위해, 샘플(4mm x 20mm x 150 μm)을 캔틸레버 위치에서 골드 클램프 사이에 배치하고(작동을 위해 18mm 자유 길이를 남김) 및 굽힘 각도를 비디오 카메라를 사용하여 기록하였다. 대안적으로, 액추에이터(예를 들어, 접점으로부터 5 mm)를 따라 단일 지점의 이동은 전형적으로 시간에 모니터링되고 변형률계산(31,,32)에사용된다. 비디오 처리는 더 복잡하지만 샘플의 전체 굽힘 프로파일에 대한 자세한 정보를 제공하며 이러한 필요성이 발생할 경우 나중에 성능을 다시 분석 할 수 있습니다. 도 4B의 0.1 Hz 포인트는 도 4E의주기적 voltammetry 실험에 사용된 것과 동일한 신호에 해당하며, 작동 전압과 작동 주파수 모두에서 모두. 특성화 및 작동에 대해 동일한 신호를 사용하면 예를 들어, 물질의 정전 용량 특성과 작동 중 전기 화학 반응의 안정성 및 부족에 대한 결론을 내릴 수 있습니다.
전기화학적 방법(EIS, CV), (전형적으로) 마이크로미터 수준(SEM) 및 변위 특성화에서 액추에이터 구조의 시각화는 이온 액추에이터를 특성화하고 제조 공정의 성공을 평가하는 가장 일반적인 방법이다. 그러나 보다 구체적인 어플리케이션에서 액추에이터의 성능을 평가하기 위한 사용자 지정 실험은 종종 응용 분야별 성능(예: 부하 를 운반하는 기능)을 평가하기 위해 개발됩니다.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig3.jpg"> 그림 3: 이미징. 고다공성 PTFE 멤브레인(A)을A나타내는 전자 현미경 및 액추에이터의 단면을 보여주는 스캐닝은 박리없음(C)을 나타내는 동일한 멤브레인을 사용하여 이루어진다.C 섬유 강화 액추에이터(D)의 단면을 나타내는 SEM 현미경 및 해당 실크 보강(B)의 광학 사진.DB SEM 단면용 샘플은 먼저 액체 질소를 사용하여 저온 골절을 하고 금속 샘플 홀더에 장착한 다음 스퍼터 코터를 사용하여 더 나은 정의를 위해 5 nm의 금으로 스퍼터링했습니다. 탁상 주사 전자 현미경은 15 keV 가속도 전압에서 이미징에 사용되었다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig4.jpg"> 그림 4: 액추에이터의 대표적인 결과. (A)전압 단계 및 임의의 모양으로 물체를 잡는 5 팔 그리퍼의 해당 이미지 (접촉이없는 액추에이터 21 mg; 폴리스티렌 폼 부하 17.8 mg); (B)4mm x 20mm x 150 μm PTFE 기반 액추에이터의 총 굽힘 각도는 다른 작동 주파수에서 삼각형 작동 신호(±2 V)에 응답하여 금 접점 사이에 고정(±2 V) (n=3, 오차 막대는 평균의 하나의 표준 편차를 나타낸다); (C 및 D) 전기 기계적활성 정전용량제 라미네이트(5 mVRMS 신호 진폭)의 전형적인 전기화학적 임피던스 스펙트럼; (E) 정전 용량 라미네이트의 전형적인 순환 볼탐측정기 (B의0.1 Hz 포인트에 해당하는 800 mV / s 스캔 속도를 사용하는 삼각형 작동 신호). 순환 voltammograms에 회색 라인은 비교를 위한 것입니다 그리고 Om의 법칙을 밀접하게 따를 잠재적인 결함이 있는 액추에이터 (본질적으로 저항기)에서 응답을 보여줍니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig5.jpg"> 그림 5 : 멤브레인 준비 중 스핀 건조. (A)강화가 붙어 있는 프레임으로설정(B)의개략적인 설정이 붙어 있습니다. 스핀 건조 중에 원심력은 멤브레인 층의 잔류 용매를 프레임 가장자리쪽으로 향하게 합니다. 이는 건조 공정을 가속화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 완전히 젖은 멤브레인의 경우 활성 물질 (중합체 및 이온 성 액체)의 손실이 발생할 수 있으므로 피해야합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

이 기사에서는 생물 의학, 생체 모방 및 연질 로봇 응용 분야에서 액추에이터를 위한 이온 전기 역학 활성 복합 재료의 빠르고 간단한 제조 공정에 대해 설명합니다. 주요 제작 단계, 액추에이터의 최종 특성에 대한 중요성 및 일부 주요 특성화 기술에 대해 자세히 설명합니다.

탄소 기반 이온 전기 기계적 활성 연액추에이터 제작

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

이 프로토콜은 생체 의학 및 소프트 로봇 응용 분야에 대한 탄소 기반 전기 기계적 활성 물질의 제조를 설명합니다. 이 방법의 주요 장점은 다량으로 도이온 액추에이터의 재현 가능한 제조를 가능하게한다는 것입니다. 이 비디오를 시청하면 이온 액추에이터를 제작하고 사용하는 방법에 대한 좋은 이해를 얻을 수 있습니다.프로토콜은 다섯 단계로 나뉩니다. 첫째, 이온 전도 멤브레인이 준비됩니다. 그런 다음 금 전류 수집기가 부착되는 탄소 기반 전극으로 덮여 있습니다.샘플을 모양으로 절단한 후 재료가 사용할 준비가 되었습니다. 우선 삼PTFE 멤브레인, 전해질에 담근 동일한 멤브레인 또는 섬유 강화 멤브레인 중에서 선택하십시오. 모든 옵션으로 인해 기능성 액추에이터가 생성됩니다.선택 영역에 대한 도움말을 보려면 텍스트를 참조하십시오. 재료는 프레임을 사용하여 준비됩니다. 높은 다공성 PTFE 시트를 가지고 프레임 위에 놓습니다.프레임에 시트를 고정합니다. 건조 멤브레인을 손상시키지 않도록 주의하십시오. 멤브레인이 준비되면 전극 제작 단계로 건너뜁니다.큰 페트리 접시를 가지고 내부에 높은 다공성 PTFE 시트를 배치합니다. 이온 액체를 과도하게 추가합니다. 전체 시트가 덮여 있는지 확인합니다.멤브레인이 충분히 적면 파이펫을 사용하여 과잉을 제거하십시오. 조심스럽게 PTFE 시트에 의해 흡수되지 않은 나머지 이온 액체를 제거하기 위해 필터 종이 사이에 막을 배치합니다. 시트가 반투명하지만 젖지 않을 때까지이 과정을 반복합니다.플라스틱 프레임에 적신 멤브레인을 팽팽하게 고정합니다. 주름과 주름을 피하십시오. 멤브레인이 준비되었으므로 전극 제작 단계로 건너뜁니다.미세한 불활성 섬유가 있는 원단을 프레임에 고정시십시오. 잘 팽팽하게 해야합니다. 가위를 사용하여 여분의 직물을 다듬습니다.느슨한 섬유를 조심스럽게 제거하십시오. 연기 후드 아래에서 작업하는 동안, 멤브레인 용액의 얇은 층으로 직물을 덮습니다. 정확한 레시피에 대한 텍스트를 참조하십시오.첫 번째 층이 완전히 건조하게하십시오. 첫째, 열총과 나중에 열총을 전용 설정과 함께 사용하여 건조 과정을 가속화하십시오. 활성 물질의 손실을 초래할 수 있으므로 완전히 젖은 멤브레인에서 너무 높은 스핀 속도를 사용하지 마십시오.자세한 내용은 텍스트를 참조하십시오. 핀홀에 대한 백라이트에 대한 멤브레인을 검사합니다. 결함이 없는 멤브레인이 얻어지을 때까지 코팅 층을 계속 적용하십시오.주의해서 후속 멤브레인 레이어를 추가합니다. 가능한 한 얇은 층을 적용하고 두 번 이미 젖은 표면을 통해 이동하지 않습니다. 양쪽에 레이어를 적용합니다.이렇게 하면 보강이 복합체 의 중간에 유지됩니다. 한 층은 다른 층을 추가하기 전에 건조하게 하십시오. 결함이 없는 멤브레인이 얻어지면 두께 게이지를 사용하여 두께를 확인하십시오.현재, 그것은 54 마이크로 미터입니다. 밀폐된 플라스크에서, 자기 교반기와 온도 조절 핫 플레이트를 사용하여 섭씨 70도에서 하룻밤 저어서 용매내의 폴리머를 용해한다. 정확한 레시피에 대한 텍스트를 참조하십시오.또 다른 플라스크에 탄소 분말의 무게를 측정하고 이온 액체, 용매 및 마그네틱 스터드 바를 추가합니다. 플라스크를 밀봉하고 섞습니다. 탄소 현탁액이 균질화되고 폴리머가 용해되면 자기 비드를 수정 또는 제거하고 폴리머 용액을 탄소 현탁액에 부어 넣습니다.10 밀리리터의 용매를 사용하여 플라스크 벽에서 폴리머 잔류물을 제거하고 탄소 현탁액에 추가하십시오. 초음파 프로브를 사용하여 서스펜션을 균질화합니다. 그 후 서스펜션은 사용 또는 저장을 위해 준비됩니다.스프레이 건이나 에어 브러쉬의 저장소를 아세톤으로 채웁니다. 먼저 종이의 흐름을 테스트합니다. 공기 브러시가 깨끗하고 막힘없는지 확인하십시오.보관 하는 동안, 현탁액젤로 변할 수 있습니다. 액체를 얻기 위해 섭씨 70도에서 닫힌 용기에 섞습니다. 에어 브러시의 저장소를 전극 서스펜션으로 채웁니다.종이에 서스펜션 흐름을 먼저 테스트합니다. 준비된 멤브레인을 가져 가라. 스프레이 를 시작하기 전에 스프레이 건을 이동 시작합니다.총을 직선 스트로크로 계속 움직입니다. 한쪽은 다른 쪽을 분사하기 전에 건조하게 하십시오. 원하는 두께에 도달할 때까지 스프레이하십시오.조심스럽게 프레임에서 재료를 제거합니다. 섬유 강화 멤브레인을 사용하는 경우, 섬유와 절단을 정렬합니다. 금속 눈금자와 메스를 사용하여 4 x 3 센티미터 조각을 잘라.이 절단 크기는 중소형 배치에 가장 편리합니다. 그러나 작업 액추에이터를 얻는 것은 중요하지 않습니다. 금속 튜브 또는 파이프를 가지고 그것에 절단 조각을 수정합니다.액추에이터 소재의 약 1밀리미터만 테이프를 겹쳐 보세요. 전송 용지에 고급 금 한 장을 가져 와서 4 센티미터 조각으로 잘라냅니다. 그 중 하나를 티슈 페이퍼에 놓습니다.접착제의 얇은 층으로 합성스프레이. 정확한 레시피에 대한 텍스트를 참조하십시오. 공기 브러시를 똑바로 세워 빠르게 보관합니다.접착제가 여전히 젖은 상태에서 파이프를 금박 위로 굴려보십시오. 압연에는 과도한 압력이 필요하지 않습니다. 전송을 제거하고 금이 제대로 부착되어 있는지 확인하기 위해 다시 티슈 페이퍼를 롤오버합니다.건조 재료를 배치합니다. 일단 건조하면 테이프를 조심스럽게 제거하여 파이프에서 재료를 방출하십시오. 아세톤으로 파이프를 청소하십시오.파이프의 재료를 고정하고 파이프를 향한 금 코팅 측. 그런 다음 단계를 반복하여 다른 쪽에 있는 현재 컬렉터를 연결합니다. 테이프로 덮인 측면을 유의하십시오.사각형 또는 더 복잡한 모양을 잘라냅니다. 4~20mm 샘플은 특성화에 적합합니다. 샘플 길이를 곡선 방향과 정렬합니다.소프트 그리퍼는 먼저 열성형이어야 합니다. 액추에이터를 유리 바이알 몰드에 넣고 그리퍼를 형상으로 체형화합니다. 액추에이터가 금형 내부에 있으면 오븐에 넣거나 적외선을 사용하십시오.그리퍼는 골드 접점은 활성 소재를 향한 골드 측 사이에 배치됩니다. 탑재하중을 처리하기 위해 전압 단계가 적용됩니다. 그리퍼를 여는 다.그리퍼를 닫습니다. 손으로 페이로드를 들어 올릴 수 있습니다. 그립 테스트를 테스트합니다.그리고 마지막으로, 페이로드를 해제합니다. 켈빈 클립은 특성화에 사용됩니다. 액추에이터를 클램프 사이에 놓고 비디오 카메라를 사용하여 각도 알파를 모니터링합니다.삼각형 신호의 경우 기능성 액추에이터의 현재 응답은 정전용량입니다. 결함이 있는 샘플의 응답은 옴의 법칙을 밀접하게 따르고 저항하는 반면. 액추에이터 구조를 설명하기 위해 스캐닝 전자 현미경 검사를 사용합니다.시료는 액체 질소를 사용하여 동결되어 깨끗한 단면을 얻습니다. 주의: 액체 질소 용기의 뚜껑을 닫지 마십시오. 압력 축적으로 심각한 부상을 입을 수 있습니다.첫째, 액추에이터를 액체 질소로 몇 분 동안 동결합니다. 그런 다음 두 세트의 시원한 핀셋을 사용하여 냉동 샘플을 분해합니다. 섬유 강화 액추에이터는 냉동 상태에서도 파손되지 않을 수 있습니다.액추에이터와 함께 메스를 얼리고 냉동 샘플을 두 조각으로 자릅니다. 이는 PTFE 멤브레인에 의해 분리된 두 개의 탄소 전극을 보여주는 PTFE 액추에이터의 단면으로 액추에이터를 형성한다. 이 방법의 핵심은 멤브레인 층에 PTFE와 같은 불활성 보강을 포함하는 것입니다.이를 통해 제조 공정을 크게 단순화하고 활성 물질을 대규모로 재현 가능하게 제조할 수 있습니다. 우리의 방법은 이온 액추에이터의 산업 규모의 제조를 향한 유망한 경로를 보여줍니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

공간적으로 밀폐 복합 산화물의 제조

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연구

공학

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실시간 DC-동적 바이어스 방법 심각하게 부족 감쇠 프린 징 필드 정전기 MEMS 엑츄에이터에서 시간 개선을 전환하기위한

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

실리콘 엘라스토머 계 유전 액츄에이터 제조 공정

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

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