Name: fabrication of carbon-based ionic electromechanically active soft actuators
Uploaded: 2020-04-25T13:00:00
Duration: 14 min 42 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators at JoVE.com

Forfatterne vil gjerne takke Ron Hovenkamp og Marcel Mulder fra Philips Research for nyttige diskusjoner. Dette arbeidet ble delvis støttet av institusjonell forskningsfinansiering IUT (IUT 20-24) i det estiske kunnskaps- og forskningsdepartementet, av det estiske forskningsrådet (PUT1696), av European Regional Development Fund, av programmet Mobilitas Pluss (Grant No MOBTP47), av EUs Horizon 2020 forsknings- og innovasjonsprogram under Marie Skłodowska-Curie tilskuddsavtale No 793377 (BIOACT), og etter prosjekt IMPACT-MII , et EIT Health innovasjonsprosjekt. EIT Health støttes av EIT, et organ i EU.

<ol>
	<li>Must, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+and+Capacitive+Artificial+Muscle+for+Biomimetic+Soft+Robotics.">Ionic and Capacitive Artificial Muscle for Biomimetic Soft Robotics.</a> Advanced Engineering Materials. 17 (1), 84-94 (2015).</li><li>McGovern, S., Alici, G., Truong, V. T., Spinks, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Finding+NEMO+(novel+electromaterial+muscle+oscillator):+A+polypyrrole+powered+robotic+fish+with+real-time+wireless+speed+and+directional+control.">Finding NEMO (novel electromaterial muscle oscillator): A polypyrrole powered robotic fish with real-time wireless speed and directional control.</a> Smart Materials and Structures. 18 (9), (2009).</li><li>Hines, L., Petersen, K., Lum, G. Z., Sitti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Actuators+for+Small-Scale+Robotics.">Soft Actuators for Small-Scale Robotics.</a> Advanced Materials. 29 (13), (2017).</li><li>Carpi, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electromechanically Active Polymers. , (2016).</li><li>Bar-Cohen, Y., Anderson, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroactive+polymer+(EAP)+actuators-background+review.">Electroactive polymer (EAP) actuators-background review.</a> Mechanics of Soft Materials. 1 (1), 5 (2019).</li><li>Schmitt, F., Piccin, O., Barb&#233;, L., Bayle, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+robots+manufacturing:+A+review.">Soft robots manufacturing: A review.</a> Frontiers Robotics AI. 5, (2018).</li><li>Rosset, S., Araromi, O. a., Schlatter, S., Shea, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+Process+of+Silicone-based+Dielectric+Elastomer+Actuators.">Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators.</a> Journal of Visualized Experiments. (108), 1-13 (2016).</li><li>Fukushima, T., Asaka, K., Kosaka, A., Aida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+Plastic+Actuator+through+Layer-by-Layer+Casting+with+Ionic-Liquid-Based+Bucky+Gel.">Fully Plastic Actuator through Layer-by-Layer Casting with Ionic-Liquid-Based Bucky Gel.</a> Angewandte Chemie International Edition. 44 (16), 2410-2413 (2005).</li><li>Takeuchi, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromechanical+behavior+of+fully+plastic+actuators+based+on+bucky+gel+containing+various+internal+ionic+liquids.">Electromechanical behavior of fully plastic actuators based on bucky gel containing various internal ionic liquids.</a> Electrochimica Acta. 54 (6), 1762-1768 (2009).</li><li>Mukai, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+performance+fully+plastic+actuator+based+on+ionic-liquid-based+bucky+gel.">High performance fully plastic actuator based on ionic-liquid-based bucky gel.</a> Electrochimica Acta. 53 (17), 5555-5562 (2008).</li><li>Fedkiw, P. S., Her, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Impregnation-Reduction+Method+to+Prepare+Electrodes+on+Nafion+SPE.">An Impregnation-Reduction Method to Prepare Electrodes on Nafion SPE.</a> Journal of the Electrochemical Society. 136 (3), 899-900 (1989).</li><li>Akle, B. J., Bennett, M. D., Leo, D. J., Wiles, K. B., McGrath, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+assembly+process:+a+novel+fabrication+technique+for+large+strain+ionic+polymer+transducers.">Direct assembly process: a novel fabrication technique for large strain ionic polymer transducers.</a> Journal of Materials Science. 42 (16), 7031-7041 (2007).</li><li>Akle, B., Nawshin, S., Leo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+of+high+strain+ionomeric+polymer+transducers+fabricated+using+the+direct+assembly+process.">Reliability of high strain ionomeric polymer transducers fabricated using the direct assembly process.</a> Smart Materials and Structures. 16 (2), 1-6 (2007).</li><li>Otero, T. F., Angulo, E., Rodr&#237;guez, J., Santamar&#237;a, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemomechanical+properties+from+a+bilayer:+polypyrrole+/+non-conducting+and+flexible+material+-+artificial+muscle.">Electrochemomechanical properties from a bilayer: polypyrrole / non-conducting and flexible material - artificial muscle.</a> Journal of Electroanalytical Chemistry. 341 (1-2), 369-375 (1992).</li><li>Smela, E., Ingan&#228;s, O., Pei, Q., Lundstr&#246;m, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+muscles:+Micromachining+fingers+and+corkscrews.">Electrochemical muscles: Micromachining fingers and corkscrews.</a> Advanced Materials. 5 (9), 630-632 (1993).</li><li>Simaite, A., Mesnilgrente, F., Tondu, B., Sou&#232;res, P., Bergaud, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+inkjet+printable+conducting+polymer+artificial+muscles.">Towards inkjet printable conducting polymer artificial muscles.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 229, 425-433 (2016).</li><li>P&#245;ldsalu, I., M&#228;ndmaa, S. -. E., Peikolainen, A. -. L., Kesk&#252;la, A., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+ion-conducting+carbon-polymer+composite+electrodes+by+spin-coating.">Fabrication of ion-conducting carbon-polymer composite electrodes by spin-coating.</a> Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD). , 943019 (2015).</li><li>Kaasik, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scalable+fabrication+of+ionic+and+capacitive+laminate+actuators+for+soft+robotics.">Scalable fabrication of ionic and capacitive laminate actuators for soft robotics.</a> Sensors and Actuators, B: Chemical. 246, 154-163 (2017).</li><li>Sugino, T., Shibata, Y., Kiyohara, K., Asaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Actuation+mechanism+of+dry-type+polymer+actuators+composed+by+carbon+nanotubes+and+ionic+liquids.">Actuation mechanism of dry-type polymer actuators composed by carbon nanotubes and ionic liquids.</a> Sensors and Actuators, B: Chemical. 273, 955-965 (2018).</li><li>Conway, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transition+from+"Supercapacitor"+to+"Battery"+Behavior+in+Electrochemical+Energy+Storage.">Transition from "Supercapacitor" to "Battery" Behavior in Electrochemical Energy Storage.</a> Journal of The Electrochemical Society. 138 (6), 1539 (1991).</li><li>White, B. T., Long, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+Polymeric+Materials+for+Electromechanical+Devices.">Advances in Polymeric Materials for Electromechanical Devices.</a> Macromolecular Rapid Communications. 40 (1), 1-13 (2019).</li><li>Addinall, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+CNT-based+actuators+for+bio-medical+applications+-+Example+printed+circuit+board+CNT+actuator+pipette.">Integration of CNT-based actuators for bio-medical applications - Example printed circuit board CNT actuator pipette.</a> IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM. , 1436-1441 (2014).</li><li>Zhang, J., Wu, J., Yu, J., Zhang, X., He, J., Zhang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+ionic+liquids+for+dissolving+cellulose+and+fabricating+cellulose-based+materials:+State+of+the+art+and+future+trends.">Application of ionic liquids for dissolving cellulose and fabricating cellulose-based materials: State of the art and future trends.</a> Materials Chemistry Frontiers. 1 (7), 1273-1290 (2017).</li><li>Must, I., Rinne, P., Krull, F., Kaasik, F., Johanson, U., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+Actuators+as+Manipulators+for+Microscopy.">Ionic Actuators as Manipulators for Microscopy.</a> Frontiers in Robotics and AI. 6, (2019).</li><li>Torop, J., Palmre, V., Arulepp, M., Sugino, T., Asaka, K., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+supercapacitor-like+actuator+with+carbide-derived+carbon+electrodes.">Flexible supercapacitor-like actuator with carbide-derived carbon electrodes.</a> Carbon. 49 (9), 3113-3119 (2011).</li><li>Torop, J., Sugino, T., Asaka, K., J&#228;nes, A., Lust, E., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoporous+carbide-derived+carbon+based+actuators+modified+with+gold+foil:+Prospect+for+fast+response+and+low+voltage+applications.">Nanoporous carbide-derived carbon based actuators modified with gold foil: Prospect for fast response and low voltage applications.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 161 (1), 629-634 (2012).</li><li>Vella, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Buffering+by+buckling+as+a+route+for+elastic+deformation.">Buffering by buckling as a route for elastic deformation.</a> Nature Reviews Physics. 1 (7), 425-436 (2019).</li><li>Rinne, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Encapsulation+of+ionic+electromechanically+active+polymer+actuators.">Encapsulation of ionic electromechanically active polymer actuators.</a> Smart Materials and Structures. , (2019).</li><li>Nakshatharan, S. S., Punning, A., Johanson, U., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+electrical+terminals+made+of+copper+to+the+ionic+electroactive+polymer+actuators.">Effect of electrical terminals made of copper to the ionic electroactive polymer actuators.</a> Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 10163, 101632 (2017).</li><li>Punning, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+electroactive+polymer+artificial+muscles+in+space+applications.">Ionic electroactive polymer artificial muscles in space applications.</a> Scientific Reports. 4 (1), 6913 (2014).</li><li>Sugino, T., Kiyohara, K., Takeuchi, I., Mukai, K., Asaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Actuator+properties+of+the+complexes+composed+by+carbon+nanotube+and+ionic+liquid:+The+effects+of+additives.">Actuator properties of the complexes composed by carbon nanotube and ionic liquid: The effects of additives.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 141 (1), 179-186 (2009).</li><li>Punning, A., Vunder, V., Must, I., Johanson, U., Anbarjafari, G., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+scanning+electron+microscopy+study+of+strains+of+ionic+electroactive+polymer+actuators.">In situ scanning electron microscopy study of strains of ionic electroactive polymer actuators.</a> Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 27 (8), 1061-1074 (2016).</li><li>Must, I., Kaasik, F., P&#245;ldsalu, I., Johanson, U., Punning, A., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+carbide-derived+carbon+laminate+used+as+a+mechanoelectrical+sensor.">A carbide-derived carbon laminate used as a mechanoelectrical sensor.</a> Carbon. 50 (2), 535-541 (2012).</li><li>Kruusam&#228;e, K., Punning, A., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+model+of+a+carbon-polymer+composite+(CPC)+collision+detector.">Electrical model of a carbon-polymer composite (CPC) collision detector.</a> Sensors. 12 (2), 1950-1966 (2012).</li><li>Palmre, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoporous+carbon-based+electrodes+for+high+strain+ionomeric+bending+actuators.">Nanoporous carbon-based electrodes for high strain ionomeric bending actuators.</a> Smart Materials and Structures. 18 (9), 095028 (2009).</li><li>Torop, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microporous+and+mesoporous+carbide-derived+carbons+for+strain+modification+of+electromechanical+actuators.">Microporous and mesoporous carbide-derived carbons for strain modification of electromechanical actuators.</a> Langmuir. 30 (10), 2583-2587 (2014).</li><li>Baughman, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotube+Actuators.">Carbon Nanotube Actuators.</a> Science. 284 (5418), 1340-1344 (1999).</li><li>Palmre, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroactive+polymer+actuators+with+carbon+aerogel+electrodes.">Electroactive polymer actuators with carbon aerogel electrodes.</a> Journal of Materials Chemistry. 21 (8), 2577 (2011).</li><li>Lu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+stable+air+working+bimorph+actuator+based+on+a+graphene+nanosheet/carbon+nanotube+hybrid+electrode.">Highly stable air working bimorph actuator based on a graphene nanosheet/carbon nanotube hybrid electrode.</a> Advanced Materials. 24 (31), 4317-4321 (2012).</li><li>Kong, L., Chen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotube+and+Graphene-based+Bioinspired+Electrochemical+Actuators.">Carbon Nanotube and Graphene-based Bioinspired Electrochemical Actuators.</a> Advanced Materials. 26 (7), 1025-1043 (2014).</li><li>Nakshatharan, S. S., Johanson, U., Punning, A., Aabloo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling,+fabrication,+and+characterization+of+motion+platform+actuated+by+carbon+polymer+soft+actuator.">Modeling, fabrication, and characterization of motion platform actuated by carbon polymer soft actuator.</a> Sensors and Actuators, A: Physical. 283, 87-97 (2018).</li></ol>

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Vi presenterte en enkel, rask, repeterbar og allsidig fabrikasjonsmetode for ionisk elektromekanisk aktiv komposittforberedelse for ulike aktuatorapplikasjoner, og med mindre modifikasjoner også for energilagring, høstingav 33 eller sensing34 applikasjoner. Den nåværende metoden fokuserer på membraner med en integrert passiv og kjemisk inert komponent (f.eks. et tekstilforsterket polymernettverk eller en svært porøs Teflonmembran, se også Figur 3) fordi slike membraner betydelig forenkler aktuatorens forberedelsesprosess også i stor skala. Videre har de resulterende membranene en lavere risiko for hevelse og knekking på grunn av løsemidler (eller elektrolytt) i elektrodesuspensjonen eller kortslutningshotspotdannelse sammenlignet med mange andre vanlige aktuatorfabrikasjonsmetoder og materialer.
De kritiske trinnene i kapasitiv aktuatorlaminatpreparatet er membranpreparatet, elektrodefabrikasjon, strømsamlervedlegg, skjæring og kontakt (figur 2). Hver av disse trinnene gir rom for tilpasning og ytelsesoptimalisering, men også for feil. I den følgende delen vil vi diskutere de gunstige modifikasjoner og feilsøkingstrategier for denne fabrikasjonsmetoden nærmere. En høy ytelse kompositt resultater fra samspillet mellom flere viktige aspekter som må holdes i tankene: tilstrekkelig elektronisk ledningsevne langs elektroden (legg gull strøm samler til karbonelektroder); tilstrekkelig ionisk ledningsevne gjennom membranen (bruk en tynn porøs membran og tilstrekkelig mengde elektrolytt med lav viskositet, redusere risikoen for ugunstige interaksjoner mellom membranen og elektrolytten ved hjelp av et inert polymernettverk); høy overflateareal av elektroden (velg en passende karbontype); skreddersydde elektrolytter som resulterer i asymmetrisk hevelse/sammentrekning av elektrodene (velg en passende elektrolytt); mekaniske parametere (Youngs moduli av komponentene). Disse hovedaspektene ved en karbonbasert aktuator med høy ytelse er også fremhevet på figur 1B.
En høyytelsesmembran er den sentrale delen av denne kompositten. Den har to oppgaver: forhindre elektronledningsevne (kortslutninger) mellom elektrodene samtidig som høy ionisk ledningsevne. Modifikasjoner av membranen kan tjene flere formål, for eksempel verktøyintegrasjon som introdusert av Must et al.24 eller tillegg av nye egenskaper (f.eks. biokompatibilitet, biologisk nedbrytbarhet eller forskjellige mekaniske egenskaper). Den nåværende fabrikasjonsmetoden kan endres for å bruke andre polymerer og elektrolytter i membranen til å introdusere nye egenskaper til det aktive laminatet. Som løsningsmiddelvalgstrategien som ble introdusert her for de tekstilforsterkede aktuatorene, er det tilrådelig å velge dårligere løsemidler for den påfølgende elektrodefabrikasjonen sammenlignet med membranpreparatet. Dette sikrer at membranen forblir funksjonell og intakt også etter tilsetning av elektroder.
Aktiveringsytelsen til den endelige kompositten påvirkes av det valgte elektrodematerialet (karbon), elektrolytten og muligens kompatibiliteten med hverandre. Denne protokollen introduserer fabrikasjon av karbonbaserte kapasittive laminater ved hjelp av boravkarbid avledet karbon og 1-etyl-3-metylimidazolium trifluorometonat ([EMIM][OTf]) ionisk væske. Den samme protokollen kan imidlertid tilpasses andre karbonmaterialer med høy spesifikk overflateareal, for eksempel karbid-avledede karboner fra andre kilder (f.eks. TiC35,SiC eller Mo2C36), karbonnanorør8,37, karbonaerogel38 eller grafen39, og andre, som også gjennomgått nylig40. Videre kan også andre elektrolytter brukes i aktuatorpreparatet. Å skaffe en funksjonell kompositt er ikke begrenset til karbon- og ioniske væsketyper som presenteres i denne protokollen. Karbonpartikkelstørrelsen, deres mulige agglomerasjon i elektrodesuspensjonen og fjæringsviskositeten er mer avgjørende parametere for spraybeleggprosessen.
Denne metoden muliggjør produksjon av elektromekanisk aktivt laminatmateriale med reproduserbare egenskaper i store mengder. Miniatyrisering av aktuatorer laget av dette materialet utføres hovedsakelig ved hjelp av høypresisjonsskjæring (f.eks. figur 3C). Alternative metoder for å forberede fine strukturer, for eksempel maskering, og mønster er mulig under spraybelegg41. Videre kan millimeterskalastrukturer også mønstres i det påfølgende gullstrømsamlerfestetrinnet. Men i submillimeterskala kan dette bli ganske vanskelig. Andre typer aktuatorer eller karbonbasert aktuator uten gullstrømsamlere kan være lettere å forberede, hvis de mønsterbare funksjonene må være i mikrometerskalaen.
Iboende myke aktuatorer som reagerer på elektriske stimuli har mange fordeler takket være deres myke og kompatible natur, stille drift og lavt nødvendige spenningsnivåer. Gjeldende protokoll viser hvordan du produserer slikt materiale i større mengder og med høy batch-til-batch og in-batch repeterbarhet uten å gå på akkord med aktiveringsytelsen. Modifikasjoner av den nåværende metoden for å innlemme mer bio-vennlige og muligens også biologisk nedbrytbare komponenter som ville muliggjøre drift nær eller inne levende organismer i tillegg til vellykkede totale innkapsling tilnærminger, og integrering av det introduserte aktive materialet i myk robot eller biomedisinsk utstyr er tenkt for fremtiden.

Ioniske elektromekanisk aktive polymer- eller polymerkompositter er iboende myke og kompatible materialer som har fått økende interesse for ulike myke robotikk- og biomimetiske applikasjoner (f.eks. som aktuatorer, gripere eller bioinspirerte roboter1,2). Denne typen materiale reagerer på elektriske signaler i området av noen få volt, noe som gjør dem enkle å integrere med konvensjonell elektronikk og strømkilder3. Mange forskjellige typer ioniske aktuatorbasematerialer er tilgjengelige, som beskrevet i detalj andre steder4, og igjen veldig nylig5. Videre har det blitt spesielt understreket nylig at utviklingen av myke robotenheter vil være svært nært knyttet til utviklingen av avanserte produksjonsprosesser for relevante aktive materialer og komponenter6. Videre har betydningen av en effektiv og veletablert prosessflyt i utarbeidelsen av reproduserbare aktuatorer som har potensial til å flytte fra laboratoriet til industrien også blitt fremhevet i tidligere metoder-baserte studier7.
I løpet av de siste tiårene har mange fabrikasjonsmetoder blitt utviklet eller tilpasset for fremstilling av aktuatorer (f.eks. lag-for-lag-støping8 og hot-pressing9,10, impregneringsreduksjon11, maleri12,13, eller sputtering og påfølgende elektrokjemisk syntese14,15, blekkskriver utskrift16 og spin-belegg17); noen metoder er mer universelle, og noen er mer begrensende når det gjelder materialvalg enn andre. Mange av dagens metoder er imidlertid ganske kompliserte og/eller mer egnet for laboratorieskalafabrikasjon. Den nåværende protokollen fokuserer på en rask, repeterbar, pålitelig, automatisert og skalerbar aktuatorfabrikasjonsmetode for å produsere aktive laminater med lav batch-til-batch og innenfor batch variabilitet og en lang aktuator levetid18. Denne metoden kan brukes av materialer forskere til å utvikle høy ytelse aktuatorer for neste generasjon av bioinspirerte applikasjoner. Videre, etter denne metoden uten modifikasjoner gir myke robotingeniører og lærere et aktivt materiale for utvikling og prototyping av nye enheter, eller for undervisning av myke robotikkkonsepter.
Ioniske elektromekanisk aktive polymer- eller polymeraktuatorer er vanligvis laget av to- eller tre-lags lamitarkompositter og bøyer seg som svar på elektrisk stimulering i området få volt (figur 1). Denne bøyebevegelsen er forårsaket av hevelse og sammentrekningseffekter i elektrodelagene, og den bringes vanligvis sammen enten av faradaiske (redoks) reaksjoner på elektrodene (f.eks. i karbonbaserte polymeriske elektroder, hvor polymeren bare kan fungere som et bindemiddel). I denne protokollen (Figur 2)fokuserer vi på sistnevnte; vi viser fabrikasjon av en elektromekanisk aktiv kompositt som består av to høyspesifikke overflateareal elektronisk ledende karbonbaserte elektroder som er atskilt av en inert ion-ledende membran som letter bevegelsen av kationer og anioner mellom elektrodene – en konfigurasjon som ligner på superkondensatorene. Denne typen aktuatorbøyninger som svar på kapasitiv lading/lossing og den resulterende hevelsen/sammentrekningen av elektrodene skyldes vanligvis forskjellene i volum og mobilitet av kationer og anioner avelektrolytten 8,10,19. Med mindre overflatefunksjonalisert karbon brukes som det aktive materialet eller kapasitiv kompositt brukes utenfor elektrokjemisk stabilitet potensial vindu av elektrolytten, ingen faradaiske reaksjoner forventes å finne sted på denne typen elektroder20. Mangelen på faradaiske reaksjoner er den viktigste bidragsyteren til de gunstig lange levetidene til dette aktuatormaterialet (dvs. tusenvis av sykluser i luft8,18 vist for forskjellige kapasitive aktuatorer).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4.jpg"> Figur 1: Strukturen til den karbonbaserte aktuatoren i nøytral (A) og i aktuatiert tilstand (B). (B) fremhever også de viktigste egenskapene som bestemmer ytelsen til en ionisk aktuator. Merk: Figuren tegnes ikke for å skaleres. Ionstørrelse har blitt overdrevet for å illustrere den mest siterte aktiveringsmekanismen som er utbredt i tilfelle en inert membran som muliggjør mobiliteten til både anioner og kationer av elektrolytten (f.eks. ionisk væske). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
Å skaffe en funksjonell membran som forblir intakt gjennom hele fabrikasjonsprosessen er et av de viktigste trinnene i vellykket aktuatorpreparat. En høyytelsesmembran for en aktuator er så tynn som mulig og muliggjør ionisk ledningsevne mellom elektrodene mens du blokkerer elektronisk ledningsevne. Den ioniske ledningsevnen i membranen kan skyldes å kombinere elektrolytten med et inert porøs nettverk (f.eks. tilnærmingen som brukes i denne protokollen) eller ved bruk av spesifikke polymerer med kovalente limte ioniserte enheter eller andre grupper som muliggjør interaksjoner med elektrolytten. Den tidligere tilnærmingen foretrekkes her for sin enkelhet, mens spesielt skreddersydde interaksjoner mellom elektrolytten og polymernettverket også kan ha fordeler, hvis ugunstige interaksjoner (f.eks. blokkering eller bremsing av ionbevegelsen betydelig på grunn av interaksjoner) kan utelukkes. Det store utvalget av ionomeriske eller på annen måte aktive membraner for elektromekanisk aktive aktuatorer og deres resulterende aktiveringsmekanismer har blitt gjennomgått nylig21. Membranvalget, i tillegg til elektrodevalget, spiller en avgjørende rolle i aktuatorens ytelse, levetid og aktiveringsmekanisme. Den nåværende protokollen fokuserer hovedsakelig på inerte membraner som gir den porøse strukturen for ionemigrasjon (som vist på figur 1), selv om deler av protokollen (f.eks. membranalternativ C) også kan være gunstig for aktive membraner.
I tillegg til membranmaterialvalget spiller fabrikasjonsmetoden også en viktig rolle i å skaffe en funksjonell separator for komposittet. Tidligere brukte støpte membraner har en tendens til å smelte under det senere hot-pressing trinn og kan derfor danne kortslutning hotspots22. Videre har kommersielle ionomeriske membraner (f.eks Nafion) en tendens til å hovne opp og spenne betydelig som svar på løsemidler som brukes i senere produksjonstrinn12, og noen polymerer (f.eks cellulose23) er kjent for å oppløses til en viss grad i noen ioniske væsker, noe som muligens forårsaker problemer med repeterbarheten av fabrikasjonsprosessen og resulterer i dårlig ensartethet av elektrodene. Derfor fokuserer denne protokollen på aktuatorer med en integrert passiv og kjemisk inert komponent i membranen (f.eks glassfiber eller silke med PVDF eller PTFE) som stopper komposittet fra hevelse og knekking i senere fabrikasjonstrinn eller fra å danne kortslutningssoner. Videre forenkler tillegg av en inert og passiv komponent produksjonsprosessen betydelig og muliggjør større batchstørrelser sammenlignet med mer tradisjonelle metoder.
Inkluderingen av en passiv forsterkning i membranen ble først introdusert av Kaasik et al. 18 for å takle de ovennevnte problemene i aktuatorproduksjonsprosessen. Inkluderingen av en vevd tekstilforsterkning (se også figur 3B og 3D)introduserer ytterligere evnen til å integrere verktøy i den aktivekompositt24 eller å utvikle smarte tekstiler18. Derfor er membranalternativet C i protokollen mer egnet for slike applikasjoner. Men i tilfelle miniatyriserte aktuatorer (i submillimeternivået), blir det passive til aktive komponentforholdet i membranen mer og mer ugunstig, og inkluderingen av en bestilt tekstilforsterkning kan begynne å påvirke aktuatorens ytelse negativt og prøvens repeterbarhet. Videre kan retningen på forsterkningen (langs eller diagonalt i forhold til bøyeretningen) påvirke ytelsen til mer komplekst formede aktuatorer uventet. Derfor ville en mindre bestilt og svært porøs inert struktur være mer gunstig for miniatyriserte aktuatorer og mer komplekse aktuatorformer.
Polytetrafluoretylen (PTFE, også kjent under handelsnavnet Teflon) er en av de mest inerte polymerene som er kjent til dags dato. Det er vanligvis svært hydrofobe, men overflatebehandlede versjoner som er gjengitt hydrofile eksisterer, som lettere kan brukes i aktuatorfabrikasjonen. Figur 3A illustrerer den tilfeldige strukturen til en inert hydrofil PTFE filtreringsmembran som ble brukt i denne protokollen for aktuatorforberedelse. I tillegg til ensartethet av dette materialet i alle retninger som er gunstig for å kutte ut miniatyriserte aktuatorer eller komplekse former, ved hjelp av en kommersiell filtreringsmembran med kontrollert porøsitet ytterligere forenkler aktuatorfabrikasjonsprosessen ved nesten å eliminere behovet for noen membran forberedelse. Dessuten er membrantykkelser så lave som 30 μm ekstremt vanskelig å få tak i den tidligere beskrevne tekstilforsterkede konfigurasjonen. PtFE-baserte aktuatorfabrikasjonsmetoder (alternativ A og B) fra denne protokollen bør derfor foretrekkes i de fleste tilfeller, og videre med tanke på at alternativ A er raskere, men aktuatorer gjort ved hjelp av alternativ B viser større stammer (i frekvensområdet som presenteres i figur 4B). Den myke griperen introdusert i den representative resultatdelen ble også utarbeidet ved hjelp av PTFE membranen først gjennomvåt i elektrolytt.
Etter at en funksjonell membran er utarbeidet, fortsetter protokollen med elektrodepreparatet og gjeldende samlervedlegg. De karbonbaserte elektrodene tilsettes ved hjelp av spraybelegg – en industrielt etablert prosedyre som muliggjør høy kontroll over den resulterende elektrodelagtykkelsen. Mer ensartede elektroder produseres med sprøytebelegg sammenlignet med for eksempel støpemetoden (eller muligens også andre flytende metoder) hvor sedimentering av karbonpartikler under filmen tørking25 er kjent for å forekomme. Videre er en ytterligere funksjon av den presenterte fabrikasjonsmetoden avhengig av løsningsmiddelvalgstrategien som er viktigst i tilfelle tekstilforsterkede membraner. Mer presist oppløses ikke 4-metyl-2-pentanon (oppløsningsvæsken i elektrodesuspensjonen og limoppløsningen) de inerte membranforsterkningene eller PVDF som brukes i membranløsningen til den tekstilforsterkede membranen. Derfor reduseres risikoen for å skape kortslutningssoner i komposittet under sprøytebelegget ytterligere.
Kapasitive laminat er allerede aktiv etter påføring av karbonelektroder. Imidlertid oppnås en størrelsesorden raskere aktuatorer26 ved bruk av gullnåværende samlere. Et ytterligere viktig skritt i protokollen er feste av nåværende samlere mens den tilsvarende elektroden er i strukket tilstand (dvs. komposittet er bøyd). Derfor, i den nøytrale flate tilstanden til aktuatoren, vil gullbladet bli spent i submillimeternivået. Denne bufring-by-buckling27 tilnærming muliggjør høyere deformasjoner uten å bryte enn ellers ville være mulig for en fin (~ 100 nm) metallplate.
Alle aktuatorproduksjonstrinnene (membrantilberedning, elektrodesprøyting, strømsamlervedlegg) er også oppsummert i figur 2. For ytelseskarakteriseringsdemonstrasjonen har vi utarbeidet en griper som i samsvar griper, holder og slipper ut et tilfeldig formet objekt med en tilfeldig overflatetekstur. Enklere geometrier, for eksempel rektangulære prøver med 1:4 eller høyere sideforhold (f.eks. 4 mm til 20 mm eller til og med 1 mm til 20 mm28)som kuttes ut av det aktive materialet og klemmes fast i kantilens posisjon, er også svært typiske for materialkarakterisering eller andre applikasjoner som bruker bøyetypenatferd.
Artikkelen avsluttes med en kort introduksjon til den typiske ioniske elektromekanisk aktive kapasitivmateriale karakterisering og feilsøking teknikker ved hjelp av enklere rektangulær aktuator geometri. Vi viser hvordan du bruker vanlige elektrokjemiske karakteriseringsteknikker som syklisk voltammetri (CV) og elektrokjemisk impedansspektroskopi (EIS) for å karakterisere og feilsøke aktuatormaterialet mer detaljert. Visualiseringen av komposittet i submillimeternivå gjøres ved hjelp av skanning av elektronmikroskopi (SEM), som vi bruker kryo-fracturing teknikken for å forberede prøvene. Materialets polymere natur gjør det vanskelig å oppnå klare tverrsnitt med bare regelmessig kutting. Å bryte frosne prøver resulterer imidlertid i veldefinerte tverrsnitt.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4.jpg"> Figur 2: Oversikt over fabrikasjonsprosessen. De viktigste trinnene er uthevet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:715px;" width="715">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">~150 &#181;m thick gold plates for custom contacts</td>
			<td style="width:127px;">local jeweler</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">99.9% purity (24K)</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate ([EMIM][OTf])</td>
			<td style="width:127px;">Solvionic</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">100 ml Erlenmeyer flask</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">4-methyl-2-pentanone (MP)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">&#8805;99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">acetone</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">technical grade</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">analytical balance</td>
			<td style="width:127px;">Mettler Toledo AB204-S/PH</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="92">
			<td height="92" style="height:92px;width:219px;">carbon powder</td>
			<td style="width:127px;">Y Carbon</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">boron carbide derived carbon, particle size &#60;10 &#181;m, specific surface area 1800 m2/g, pore volume 0.5 cm3/g</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">carbon powder</td>
			<td style="width:127px;">Skeleton Technologies</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">titanium carbide derived carbon</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">circular disk magnets (neodymium) for custom contacts</td>
			<td style="width:127px;">local hardware store</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">d = 2 mm, thickness 1 mm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">compressed air supply for the airbrush</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:219px;">crocodile clips with jaws insulated from each other (Kelvin clips)</td>
			<td style="width:127px;">local hardware store</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">Optional for making custom contacts. Regular crocodile clips are not suitable because there the jaws are connected to each other at the spring.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">disposable foam cup</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">epoxy glue</td>
			<td style="width:127px;">local hardware store</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">preferaby fast cure epoxy for attaching gold contacts to magnets</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">filter paper for drying</td>
			<td style="width:127px;">Munktell, Filtrak</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">e.g. diameter 150 mm and up if 142 mm PTFE sheet is used.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">flat nose tweezers</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">glass funnel</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">gold leaf on transfer sheets</td>
			<td style="width:127px;">Giusto Manetti Battiloro</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">24K</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">graduated glass cylinder</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">hairdryer or a heat gun</td>
			<td style="width:127px;">e.g. Philips</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">infrared ligth bulb</td>
			<td style="width:127px;">e.g. Philips</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:219px;">liquid nitrogen</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">CAUTION: Never close the lid of a liquid nitrogen container tightly. The pressure build-up could cause serious injuries.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">magnetic stirrer / hotplate</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">magnetic stirrer bars</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">about 1 cm long</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">metal pipe</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">e.g. d = 3 cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">metal ruler</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">micrometer thickness gauge</td>
			<td style="width:127px;">Mitotuyo</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">range 0-25&#160;mm, precision 0.001&#160;mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">N,N-dimethylacetamide (DMAc)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">paintbursh</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">plastic embroidery hoops</td>
			<td style="width:127px;">e.g. Pony</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">select the diameter depending on the desired batch size (e.g. 7.5 cm to 25 cm)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">plastic Pasteur pipettes</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">polyethylene-based laboratory stretch film</td>
			<td style="width:127px;">DuraSeal</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">polyvinylidene difluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">Mn = 130000, Mw = 400000</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">polyvinylidene fluoride (PVDF)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">Mw (g/mol) = 534000</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">potentiostat/galvanostat/FRA</td>
			<td style="width:127px;">PARSTAT 2273</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">needed for electrochemical characterization</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">propylene carbonate (PC)</td>
			<td style="width:127px;">Merck</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">99%</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">PTFE filtration membrane</td>
			<td style="width:127px;">Omnipore</td>
			<td style="width:136px;">JVWP14225</td>
			<td style="width:233px;">0.1 &#181;m pore size, hydrophilic , 142&#160;mm diameter, 30&#160;&#181;m thickness, 80% porosity</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:219px;">PTFE filtration membrane</td>
			<td style="width:127px;">Omnipore</td>
			<td style="width:136px;">JGWP14225</td>
			<td style="width:233px;">0.2 &#181;m pore size, hydrophilic , 142&#160;mm diameter, 65&#160;&#181;m thickness, 80% porosity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">scalpel</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">scotch tape</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">silk (woven textile)</td>
			<td style="width:127px;">Esaki Model Manufacturing</td>
			<td style="width:136px;">#3</td>
			<td style="width:233px;">11.5 g/m2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">soldering equipment</td>
			<td style="width:127px;">local hardware store</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;">For connecting the ~150 &#181;m gold plates to the clips</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">spray gun, airbrush</td>
			<td style="width:127px;">Iwata HP TR-2</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">sputter coater</td>
			<td style="width:127px;">Leica EM ACE600</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">tabletop scanning electron microscope</td>
			<td style="width:127px;">Hitachi TM3000</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">ultrasonic processor</td>
			<td style="width:127px;">Hielscher UP200S</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:233px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of carbon-based ionic electromechanically active soft actuators

Ioniske elektromekanisk aktive kapasitive laminater er en type smart materiale som beveger seg som svar på elektrisk stimulering. På grunn av den myke, kompatible og biomimetiske naturen til denne deformasjonen, har aktuatorer laget av laminatet fått økende interesse for myk robotikk og (bio)medisinske applikasjoner. Imidlertid er metoder for å enkelt dikte det aktive materialet i store (selv industrielle) mengder og med en høy batch-til-batch og in-batch repeterbarhet er nødvendig for å overføre kunnskapen fra laboratorium til industri. Denne protokollen beskriver en enkel, industrielt skalerbar og reproduserbar metode for fabrikasjon av ioniske karbonbaserte elektromekanisk aktive kapasitive laminater og utarbeidelse av aktuatorer laget av disse. Inkluderingen av et passivt og kjemisk inert (uoppløselig) mellomlag (f.eks. et tekstilforsterket polymernettverk eller mikroporøs Teflon) skiller metoden fra andre. Protokollen er delt inn i fem trinn: membranforberedelse, elektrodetilberedning, nåværende samlervedlegg, skjæring og forming og aktivering. Etter protokollen resulterer i et aktivt materiale som for eksempel kan forstå og holde et tilfeldig formet objekt som vist i artikkelen.

Det primære endepunktet for å skille mellom et vellykket og mislykket eksperiment er materialets respons på elektriske signaler etter å ha blitt kontaktet til en strømforsyning. I elektroteknikk er kobber et velkjent materiale for kontaktproduksjon. Kobber er imidlertid også elektrokjemisk aktiv og derfor ikke egnet for å få kontakt med et ionisk system introdusert her. Bruk av kobberkontakter kan forårsake kortslutninger på grunn av dendrittdannelse gjennom komposittet. Videre, i tilfelle av materiell karakterisering, er det umulig å skille mellom strømmer (og aktivering) som stammer fra det elektroaktive materialet, og som stammer fra den elektrokjemiske aktiviteten til kobber29. Vi har tidligere vist at aktivering – selv om det ikke er pålitelig – uten ekstra aktivt materiale (dvs. uten karbonbaserte eller ledende polymerelektroder) er mulig i tilfelle våte ionomermembraner (f.eks. Nafion) og bare kobberterminaler29. Derfor har alle eksperimenter med det aktive materialet her blitt utført ved hjelp av inerte gullkontakter bare.
Elektrokjemisk impedansspektroskopi (EIS) er en ikke-destruktiv metode for karakterisering og feilsøking av kapasitiv aktuatormateriale før bruk. Impedansspektra i figur 4C og 4D ble fanget ved hjelp av en potentiostat/galvanostat/FRA i to-elektrodekonfigurasjon. Prøven (20 mm x 4 mm x 150 μm) ble plassert mellom gullkontakter, inngangssignalamplituden under impedansmålingen ble satt til 5 mVRMS og frekvenser fra 200 kHz til 0,01 Hz ble skannet. Figur 4C og 4D viser det typiske impedansspektret fra aktuatorer med høy (~ 300 Ω cm2) eller med lav (~ 5 Ω cm2) intern motstand. Spektret ble registrert ved hjelp av en prøve med den tørre PTFE membranen og en annen prøve med henholdsvis gjennomvåt membran. Høyere ionisk ledningsevne gjennom materialet har en tendens til å tilsvare raskere aktuatorer og muligens også mer forskyvning ved samme aktiveringsfrekvens (se figur 4B), hvis alle andre parametere (f.eks. mekaniske parametere) holdes uendret og materialet generelt er aktivt.
Den ikke-destruktive naturen til EIS er spesielt gunstig for påvisning av kortslutninger i komposittet. Ved aktuatorer som er utarbeidet etter gjeldende protokoll, er kortslutninger oftest forårsaket av nåværende samleravfall på aktuatorens sider (se skjæreinstruksjoner i trinn 4.1.1) eller sjeldnere av en defekt membran (f.eks. når den ikke dekker alle pinholes i den tekstilforsterkede membranen som instruert i avsnitt 1.5). En motstander (i dette tilfellet en kortslutning) ville bli presentert som en prikk på Nyquist-plottet til et EIS-eksperiment. Å observere slik respons er en viss indikator på et defekt utvalg (se figur 4C og 4D for referansespektra av funksjonelle kapasitive aktuatorer). Kortsluttete prøver vil vanligvis ikke aktivere. Videre ville disse oftest bli gjort permanent ubrukelig ei på grunn av resistiv oppvarming og den resulterende smeltingen av komposittet når de prøvde å aktivere.
I sin funksjonelle form er dette materialet en tolags kondensator som viser bøyebevegelse som svar på lading og utlading av det doble laget takket være spesielt skreddersydde elektrolytter som brukes i fabrikasjonen. Syklisk voltammetri (CV) er en mye brukt teknikk i elektrokjemi for å studere forskjellige systemer. Under et CV-eksperiment er potensialet til arbeidselektroden (i dette tilfellet en av aktuatorens elektroder) variert i forhold til en motelektrode (her den andre elektroden til aktuatoren) med konstant hastighet (f.eks. 800 mV /s mellom ±2 V) og den nåværende responsen fra systemet registreres ved hjelp av en potensiostat. En typisk nåværende respons fra kapasitiv laminat er presentert i figur 4E. Den nåværende responsen av prøven med gjennomvåt PTFE membran (i mørk grå i 4E) ligner på en ideell kondensator: strømmen er ikke avhengig av elektrodepotensialet og ved reversering av potensialet, endres gjeldende retning (og derfor tegnet) (nesten) umiddelbart, noe som resulterer i et (nesten) rektangulært voltammogram. Den nåværende responsen av prøven med en opprinnelig tørr membran (i rosa i 4E) viser mindre ideell kondensatoratferd med denne skannehastigheten, sannsynligvis på grunn av høy intern motstand av materialet (som også dokumentert av EIS i figur 4C). Likevel viser begge prøvene den kapasitive naturen til komposittet. På den annen side viser lysegrå linjer i figur 4E mulig oppførsel fra defekte prøver (f.eks. kortsluttet) som ville følge Ohms lov nøye.
Ytelsen til ulike funksjonelle aktuatorer er presentert i figur 4A og figur 4B. Figur 4A viser øyeblikksbilder fra videoen der en termoformet aktuator med 5 fingre griper, holder og frigjør et tilfeldig formet objekt som svar på spenningstrinn. Enklere geometrier brukes vanligvis til materialkarakteriseringsformål. Figur 4B fremhever for eksempel de tørre og gjennomvåte PTFE-membranaktuatorenes maksimale bøyevinkel28,,30 som svar på trekantede spenningssignaler mellom ±2 V. For å karakterisere forskjellige aktuatormaterialer ble prøver (4 mm x 20 mm x 150 μm) plassert mellom gullklemmer i cantilever-posisjonen (slik at 18 mm fri lengde for aktivering) og bøyevinkelen ble tatt opp ved hjelp av et videokamera. Alternativt har bevegelsen av et enkelt punkt langs aktuatoren (f.eks. 5 mm fra kontaktene) vanligvis overvåkes i tide og brukes i belastningsforskjellsberegninger31,,32. Videobehandling, selv om det er mer komplisert, gir mer informasjon om hele bøyeprofilen til prøven og gjør det også mulig å analysere ytelsen senere, hvis et slikt behov skulle oppstå. 0,1 Hz punktet i figur 4B tilsvarer nøyaktig samme signal som brukes i syklisk voltammetri eksperimenter av figur 4E, både når det gjelder aktiveringspenning samt aktiveringfrekvens. Ved hjelp av det samme signalet for karakterisering og aktivering gjør det for eksempel mulig for oss å gjøre konklusjoner om materialets kapasitive natur og om stabiliteten og mangelen på elektrokjemiske reaksjoner under aktivering.
Elektrokjemiske metoder (EIS, CV), visualisering av aktuatorstrukturen i (vanligvis) mikrometernivå (SEM) og forskyvningkarakterisering er de vanligste metodene for å karakterisere ioniske aktuatorer og evaluere suksessen til fabrikasjonsprosessen. Egendefinerte eksperimenter for å evaluere aktuatorens ytelse i et mer spesifikt program utvikles imidlertid ofte for å evaluere programspesifikk ytelse (f.eks. muligheten til å bære en last).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig3.jpg"> Figur 3: Bildebehandling. Skanning elektron mikrografer som viser svært porøs PTFE membran (A) og et tverrsnitt av en aktuator laget ved hjelp av samme membran som viser ingen delamination (C). SEM mikrograf som viser et tverrsnitt av en tekstilforsterket aktuator (D) og et optisk fotografi av den tilsvarende silkeforsterkningen (B). Prøver for SEM tverrsnitt ble først kryo-brukket ved hjelp av flytende nitrogen, montert på en metallprøveholder og deretter sputtered med 5 nm gull for bedre definisjon ved hjelp av en sputter coater. Et bordplateskanningelektronmikroskop ble brukt til avbildning ved 15 keV akselerasjonsspenning. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig3large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig4.jpg"> Figur 4: Representative resultater fra aktuatoren. (A) Spenningstrinn og tilsvarende bilder av femarmet griperen som overholder et objekt med tilfeldig form (aktuator uten kontakter 21 mg; polystyrenskumbelastning 17,8 mg); (B) total bøyevinkel på 4 mm x 20 mm x 150 μm PTFE-baserte aktuatorer klemt mellom gullkontakter (18 mm fri lengde) som svar på et trekantet aktiveringssignal (±2 V) ved forskjellige aktiveringsfrekvenser (n=3, feilstenger representerer en standardavvik av gjennomsnittet); (C og D) typisk elektrokjemisk impedansspektra av elektromekanisk aktive kapasitivlaminater (5 mVRMS signal amplitude); (E) typisk syklisk voltammetri av kapasitive laminater (trekantet aktuasjonssignal ved hjelp av 800 mV / s skannehastighet som tilsvarer 0,1 Hz punktene i B). Grå linjer på sykliske voltammograms er for sammenligning og viser respons fra en potensiell feil aktuator (i hovedsak en motstander) som ville følge Ohms lov. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig4large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig5.jpg"> Figur 5: Spin-tørking under membranforberedelse. (A) skjemaer av oppsettet (B) bilde av oppsettet med en ramme med forsterkning festet. Under sentrifuging retter sentrifugalkraften gjenværende løsningsmiddel i membranlaget mot kanten av rammen. Dette kan være gunstig for å akselerere tørkeprosessen. Men i tilfelle helt våte membraner, kan dette føre til tap av aktivt materiale (polymer og ionisk væske) og bør derfor unngås. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig5large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators at JoVE.com

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Denne artikkelen beskriver en rask og enkel produksjonsprosess av ioniske elektromekanisk aktive komposittmaterialer for aktuatorer i biomedisinske, biomimetiske og myke robotapplikasjoner. De viktigste fabrikasjonstrinnene, deres betydning for aktuatorenes endelige egenskaper, og noen av de viktigste karakteriseringsteknikkene er beskrevet i detalj.

Fabrikasjon av karbonbaserte ioniske elektromekanisk aktive myke aktuatorer

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

Denne protokollen beskriver fabrikasjonen av karbonbasert elektromekanisk aktivt materiale for biomedisinske og myke robotikkapplikasjoner. Den største fordelen med denne metoden er at den muliggjør reproduserbar fabrikasjon av ioniske aktuatorer også i store mengder. Å se denne videoen bør gi deg en god forståelse om hvordan du kan dikte og bruke ioniske aktuatorer.Protokollen er delt inn i fem trinn. Først blir en irasjonserende membran forberedt. Den dekkes deretter med karbonbaserte elektroder som gullstrømmen samlere er festet til.Etter å ha kuttet prøven i form, er materialet klart til bruk. Til å begynne med velger du mellom en tri-PTFE-membran, den samme membranen gjennomvåt i elektrolytt eller en tekstilforsterket membran. Hvert alternativ resulterer i en funksjonell aktuator.Se teksten for å få hjelp med det merkede området. Materialet er utarbeidet ved hjelp av en ramme. Ta et høyt porøsitet pTFE ark og plasser den over rammen.Stram og fest arket på rammen. Vær forsiktig så du ikke skader den tørre membranen. Når membranen er klar, hopp til elektrodefabrikasjonstrinnet.Ta en stor petriskål og legg et høyt porøsitets PTFE-ark inni. Tilsett et overskudd av ionisk væske. Kontroller at hele arket er dekket.Når membranen er tilstrekkelig gjennomvåt, fjern overflødig ved hjelp av en pipette. Plasser membranen forsiktig mellom filterpapirer for å fjerne gjenværende ionisk væske som ikke ble absorbert av PTFE-arket. Gjenta denne prosessen til arket er halvgjennomsiktig, men ikke vått.Stram og fest den gjennomvåte membranen på en plastramme. Sørg for å unngå rynker og folder. Nå som membranen er klar, hopp fremover til elektrodefabrikasjonstrinnet.Ta et stoff med fine inerte fibre og fest det på en ramme. Sørg for å stramme det godt. Trim overflødig stoff ved hjelp av saks.Fjern forsiktig eventuelle løse fibre. Dekk stoffet med et tynt lag membranløsning mens du arbeider under avtrekkshetten. Se teksten for nøyaktig oppskrift.La det første laget tørke helt. Bruk først varmepistolen og senere varmepistolen sammen med et dedikert oppsett for å fremskynde tørkeprosessen. Unngå å bruke en for høy spinnhastighet på en helt våt membran, da det kan føre til tap av aktivt materiale.Se teksten for mer informasjon. Inspiser membranen mot bakgrunnsbelysning for pinholes. Fortsett å påføre belegglag til en defektfri membran oppnås.Tilsett påfølgende membranlag med ekstrem forsiktighet. Påfør tynne lag som mulig og aldri gå over allerede våte overflater to ganger. Påfør lag på begge sider.På denne måten vil forsterkningen forbli midt i kompositten. La ett lag tørke før du legger til et annet. Når en defektfri membran er oppnådd, kontroller tykkelsen ved hjelp av en tykkelsesmåler.Foreløpig er det 54 mikrometer. I en forseglet kolbe oppløs polymeren i løsningsmidlet ved å røre over natten ved 70 grader Celsius ved hjelp av en magnetisk rører og en temperaturkontrollert kokeplate. Se teksten for nøyaktig oppskrift.Inn i en annen kolbe, vei karbonpulveret, tilsett ionisk væske, løsningsmiddel og en magnetisk rørestang. Forsegle kolben og bland. Når karbonsuspensjonen har homogenisert og polymeren er oppløst, fikse eller fjern den magnetiske perlen og hell polymerløsningen i karbonfjæringen.Bruk 10 milliliter oppløsningsvæske for å fjerne polymerrester fra kolbeveggene og legg den til karbonfjæringen. Homogenisere suspensjonen ved hjelp av en ultralydsonde. Deretter er suspensjonen klar til bruk eller lagring.Fyll reservoaret av en sprøytepistol eller luftbørste med aceton. Test strømmen på et stykke papir først. Pass på at luftbørsten er ren og fri for blokkeringer.Under lagring kan suspensjonen bli til en gel. Bland det i et lukket fartøy ved 70 grader Celsius for å oppnå en væske. Fyll luftbørstens reservoar med elektrodefjæringen.Test fjæringsstrømmen på et stykke papir først. Ta den forberedte membranen. Begynn å flytte sprøytepistolen før du begynner å sprøyte.Hold pistolen i gang i rette slag. La den ene siden tørke før du begynner å sprøyte på den andre. Spray til ønsket tykkelse er nådd.Fjern materialet forsiktig fra rammen. Hvis tekstilforsterket membran ble brukt, deretter justere kuttet med fibrene. Klipp en fire og tre centimeter stykke ved hjelp av en metall linjal og en skalpell.Denne snittstørrelsen er mest praktisk for små til mellomstore partier. Det er imidlertid ikke avgjørende for å skaffe fungerende aktuatorer. Ta et metallrør eller rør og fest det kuttede stykket på den.Prøv å overlappe bare omtrent en millimeter av aktuatormaterialet med tape. Ta et ark med fint gull på overføringspapir og kutt det i fire med fire centimeter stykker. Legg en av dem på et silkepapir.Spray kompositten med et tynt lag lim. Se teksten for nøyaktig oppskrift. Oppbevar raskt luftbørsten oppreist.Rull røret over gullbladet mens limet fortsatt er vått. Det er ikke behov for for mye trykk for rulling. Fjern overføringen og rull over vevspapiret igjen for å forsikre deg om at gullet er riktig festet.Plasser materialet til tørk. Når den er tørr, fjern forsiktig tapen for å frigjøre materialet fra røret. Rengjør røret med aceton.Fest materialet på røret, gullbelagt side vendt mot røret. Gjenta deretter trinnene for å feste den nåværende samleren på den andre siden også. Legg merke til sidene som var dekket med tape.Klipp ut rektangler eller mer komplekse former. En fire og 20 millimeter prøve er bra for karakterisering. Juster prøvelengden etter en buet retning.Den myke griperen må være termoformet først. Plasser aktuatoren i en glassglassform for å termoforme griperen i form. Når aktuatoren er inne i formen, legg dem begge i en ovn eller bruk infrarødt lys.Griperen er plassert mellom gullkontakter, gullsiden mot det aktive materialet. Spenningstrinn brukes for å håndtere nyttelasten. Åpne griperen.Lukke griperen. Løfte nyttelasten for hånd. Tester grepet.Og til slutt, slippe nyttelasten. Kelvin klipp brukes til karakterisering. Plasser aktuatoren mellom klemmene og overvåk vinkel alfa ved hjelp av et videokamera.Ved trekantet signal er den nåværende responsen til en funksjonell aktuator kapasitiv. Mens svaret fra en defekt prøve følger Ohm's Law og er resistiv. Bruk skanneelektronmikroskopi for å beskrive aktuatorstrukturen.Prøvene fryses brukket ved hjelp av flytende nitrogen for å oppnå rene tverrsnitt. Forsiktig:Lukk aldri lokket på en flytende nitrogenbeholder. Trykkoppbyggingen kan forårsake alvorlige skader.Først fryse aktuatoren i noen minutter i flytende nitrogen. Bruk deretter to sett med kule pinsett for å bryte den frosne prøven. Tekstilforsterkede aktuatorer bryter kanskje ikke engang i frossen tilstand.Frys en skalpell sammen med aktuatoren og hakk den frosne prøven i to stykker. Dette er et tverrsnitt av en PTFE aktuator som viser to karbonelektroder, adskilt av en PTFE-membran, som danner aktuatoren. Hovedpoenget med denne metoden er inkludering av en inert forsterkning som PTFE i membranlaget.Dette forenkler produksjonsprosessen betydelig og gjør det mulig å reprodusere de aktive materialene i stor skala. Vår metode viser en lovende vei mot industriell produksjon av ioniske aktuatorer.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Fabrikasjon av Romlig Trange kompleks oksid

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

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

Real-Time DC-dynamisk Biasing metoden for veksling Tid Bedring i Alvorlig Underdamped Fringing-feltet Elektro MEMS Aktuatorer

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

Fabrikasjon Process av silikon-baserte Transformator Elastomer Aktuatorer

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Free-form Light Actuators ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Â Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Frihånds Lys Aktuatorer - Fabrikasjon og kontroll av aktivering i Mikroskopisk Scale

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

Eksperimentell gjennomføringen av en ny sammensatt fabrikasjon metode: utsette nakne fiber på sammensatte overflaten av myke lag metoden

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Fabrikasjon av myke pneumatiske nettverk aktuatorer med skrå Chambers

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

Studere store Amplitude oscillasjon skjær responsen av myke materialer

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl ...

Controlling Flow Speeds of Microtubule-Based 3D Active Fluids Using Temperature

Kontrollere strømningshastigheter på Mikrotubulinettverket-basert 3D aktive væsker ved hjelp av temperatur

We present a method for using temperature to tune the flow speeds of kinesin-driven, microtubule-based three-dimensional (3D) active fluids. This method ...

Rapid Manufacturing of Thin Soft Pneumatic Actuators and Robots

Rask fremstilling av tynne, myke pneumatiske aktuatorer og roboter

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a ...

Modeling and Experimental Analysis of the Single-Shaft Coaxial Motor-Pump Assembly in Electrohydrostatic Actuators

Modellering og eksperimentell analyse av koaksialmotorpumpen med én aksel i elektrohydrostatiske aktuatorer

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