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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Os autores gostariam de agradecer a Ron Hovenkamp e Marcel Mulder da Philips Research por discussões úteis. Este trabalho foi parcialmente apoiado pelo financiamento de pesquisa institucional IUT (IUT 20-24) do Ministério da Educação e Pesquisa da Estônia, pelo Subsídio do Conselho de Pesquisa da Estônia (PUT1696), pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional, pelo programa Mobilitas Pluss (Subvenção No MOBTP47), pelo programa de pesquisa e inovação Horizon 2020 da União Europeia sob o acordo de subvenção Marie Skłodowska-Curie nº 793377 (BIOACT), e pelo projeto IMPACT-MII , um projeto de inovação da EIT Health. O EIT Health é apoiado pelo EIT, um órgão da União Europeia.

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Os autores não têm nada para revelar.

Apresentamos um método de fabricação simples, rápido, repetitivo e versátil para preparação composta eletromecanicamente ativa iônica para diversas aplicações atuadoras, e com pequenas modificações também para armazenamento de energia, colheitade 33 ou sensoriamentode 34 aplicações. O método atual concentra-se em membranas com um componente integral passivo e quimicamente inerte (por exemplo, uma rede de polímeros reforçados têxteis ou uma membrana de Teflon altamente porosa, veja também a Figura 3) porque tais membranas simplificam significativamente o processo de preparação do atuador também em larga escala. Além disso, as membranas resultantes têm menor risco de inchaço e fivela devido a solventes (ou eletrólitos) na suspensão de eletrodos ou de formação de hotspot de curto-circuito em comparação com muitos outros métodos e materiais comuns de fabricação de atuadores.
Os passos críticos na preparação do laminado do atuador capacitivo são a preparação da membrana, a fabricação de eletrodos, o acessório de coletor atual, o corte e o contato(Figura 2). Cada uma dessas etapas abre espaço para personalização e otimização de desempenho, mas também para erros. Na seção a seguir discutiremos as modificações benéficas e as estratégias de solução de problemas deste método de fabricação com mais detalhes. Um composto de alto desempenho resulta da interação de vários aspectos-chave que precisam ser mantidos em mente: condutividade eletrônica suficiente ao longo do eletrodo (adicionar coletor de corrente de ouro a eletrodos de carbono); condutividade iônica suficiente através da membrana (utilizar uma membrana porosa fina e quantidade suficiente de eletrólito de baixa viscosidade, reduzir o risco de interações desfavoráveis entre a membrana e o eletrólito usando uma rede de polímeros inertes); área de superfície alta do eletrodo (selecione um tipo de carbono adequado); eletrólitos personalizados que resultam em inchaço/contração assimétrico dos eletrodos (selecione um eletrólito adequado); parâmetros mecânicos (moduli de Young dos componentes). Estes principais aspectos de um atuador baseado em carbono de alto desempenho também são destacados na Figura 1B.
Uma membrana de alto desempenho é a parte central deste composto. Tem duas tarefas: prevenir a condutividade eletrônica (curtos-circuitos) entre os eletrodos, permitindo alta condutividade iônica. Modificações na membrana podem servir a vários propósitos, por exemplo, integração de ferramentas introduzidas por Must et al.24 ou a adição de novas propriedades (por exemplo, biocompatibilidade, biodegradabilidade ou diferentes propriedades mecânicas). O método de fabricação atual poderia ser modificado para usar outros polímeros e eletrólitos na membrana para introduzir novas propriedades ao laminado ativo. Como a estratégia de seleção de solventes introduzida aqui para os atuadores reforçados com têxteis, é aconselhável selecionar solventes mais pobres para a fabricação subsequente de eletrodos em comparação com a preparação da membrana. Isso garante que a membrana permaneça funcional e intacta também após a adição de eletrodos.
O desempenho de atuação do composto final é influenciado pelo material eletrodo selecionado (carbono), pelo eletrólito e possivelmente sua compatibilidade uns com os outros. Este protocolo introduz a fabricação de laminados capacitivos à base de carbono usando carbono derivado de carboneto de boro e 1-etil-3-metilimidazolium trifluorometanosulfonato ([EMIM][OTf]) líquido iônico. No entanto, o mesmo protocolo é adaptável a outros materiais de carbono de alta área de superfície, como carbonos derivados de carboneto de outras fontes (por exemplo, TiC35, SiC ou Mo2C36), nanotubos de carbono8,37,aerogel de carbono38 ou grafeno39, e outros, como também revisado recentemente40. Além disso, também outros eletrólitos poderiam ser usados na preparação do atuador. A obtenção de um composto funcional não se limita aos tipos de carbono e líquido iônico apresentados neste protocolo. O tamanho das partículas de carbono, sua possível aglomeração na suspensão do eletrodo e a viscosidade da suspensão são parâmetros mais cruciais para o processo de revestimento de spray.
Este método permite a produção de material laminado eletromecanicamente ativo com propriedades reprodutíveis em grandes quantidades. A miniaturização dos atuadores feitos deste material é realizada principalmente utilizando-se corte de alta precisão (por exemplo, Figura 3C). Métodos alternativos para a preparação de estruturas finas, como mascaramento e padronização são possíveis durante o revestimento de spray41. Além disso, estruturas em escala milimétrica também podem ser padronizadas na etapa subsequente de fixação do coletor de corrente de ouro. No entanto, em escala sub-milimétrica isso pode se tornar bastante difícil. Outros tipos de atuadores ou atuadores à base de carbono sem coletores de corrente de ouro podem ser mais fáceis de preparar, se as características padronizadas devem estar na escala de micrômetros.
Atuadores intrinsecamente macios que respondem a estímulos elétricos têm muitas vantagens graças à sua natureza suave e compatível, operação silenciosa e baixos níveis de tensão necessários. O protocolo atual mostra como produzir esse material em grandes quantidades e com alta repetibilidade de lote a lote e dentro do lote sem comprometer o desempenho de atuação. Modificações no método atual para incorporar componentes mais bio-amigáveis e possivelmente também biodegradáveis que permitiriam a operação perto ou dentro de organismos vivos, além de abordagens de encapsulamento total bem-sucedidas, e a integração do material ativo introduzido em dispositivos robóticos ou biomédicos macios são previstas para o futuro.

Polímeros eletromecanicamente ativos ou compósitos poliméricos são materiais intrinsecamente macios e compatíveis que têm recebido crescente interesse em diferentes aplicações de robótica macia e biomimética (por exemplo, como atuadores, pinças ou robôs bioinspirados1,2). Este tipo de material responde a sinais elétricos na faixa de alguns volts, o que os torna fáceis de integrar com a eletrônica convencional e fontes de energia3. Muitos tipos diferentes de materiais base de atuadores iônicos estão disponíveis, como descrito em detalhes em outros lugares4, e novamente muito recentemente5. Além disso, foi particularmente enfatizado recentemente que o desenvolvimento de dispositivos robóticos macios estará muito intimamente relacionado com o desenvolvimento de processos avançados de fabricação para materiais e componentes ativos relevantes6. Além disso, a importância de um fluxo de processo eficiente e bem estabelecido na preparação de atuadores reprodutíveis que tenham potencial para passar do laboratório para a indústria também foi destacada em estudos baseados em métodos anteriores7.
Ao longo das últimas décadas, muitos métodos de fabricação foram desenvolvidos ou adaptados para a preparação de atuadores (por exemplo, fundição camada por camada8 e prensagem a quente9,,10, redução de impregnação11, pintura12,,13, ou sputtering e síntese eletroquímica subseqüente14,15, impressão a jato de tinta16 e spin-coating17); alguns métodos são mais universais, e alguns são mais limitantes em termos de seleção de materiais do que outros. No entanto, muitos dos métodos atuais são bastante complicados e/ou mais adequados para fabricação em escala laboratorial. O protocolo atual concentra-se em um método de fabricação de atuadores rápidos, repetíveis, confiáveis, automatizados e escaláveis para produzir laminados ativos com baixa variabilidade de lote a lote e dentro do lote e uma longa vida útil do atuador18. Este método pode ser usado por cientistas de materiais para desenvolver atuadores de alto desempenho para a próxima geração de aplicações bioinspiradas. Além disso, seguir este método sem modificações dá aos engenheiros e professores de robótica suave um material ativo para o desenvolvimento e prototipagem de novos dispositivos, ou para o ensino de conceitos de robótica suave.
Polímeros ou atuadores poliméricos eletrometicamente ativos eletrometicamente são tipicamente feitos de compósitos laminar de duas ou três camadas e dobram em resposta à estimulação elétrica na faixa de poucos volts(Figura 1). Este movimento de dobra é causado pelos efeitos de inchaço e contração nas camadas de eletrodos, e é tipicamente trazido por reações faradaic (redox) sobre os eletrodos (por exemplo, no caso de polímeros eletromecânicomente ativos (EAPs) como os polímeros condutores) ou pelo carregamento capacitivo da dupla camada (por exemplo, em eletrodos polímeros baseados em carbono, onde o polímero pode atuar apenas como um polímero de forma Neste protocolo(Figura 2),focamos no último; mostramos a fabricação de um composto eletromecanicamente ativo que consiste em dois eletrodos de superfície específicos de alta superfície eletronicamente condutores à base de carbono que são separados por uma membrana inerte ion-condutiva que facilita o movimento de cádos e aniões entre os eletrodos – uma configuração muito semelhante aos supercapacitores. Este tipo de atuador dobra-se em resposta ao carregamento/descarga capacitivo e o consequente inchaço/contração dos eletrodos é tipicamente atribuído às diferenças no volume e mobilidade de cados e anions do eletrólito8,,10,19. A menos que o carbono funcional da superfície seja usado como material ativo ou o composto capacitivo seja usado fora da janela potencial de estabilidade eletroquímica do eletrólito, não se espera que reações faradâmicas ocorram neste tipo de eletrodos20. A falta de reações faradaicas é o principal contribuinte para as vidas benéficas e longas deste material atuador (ou seja, milhares de ciclos no ar8,18 mostrados para diferentes atuadores capacitivos).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4.jpg"> Figura 1: A estrutura do atuador à base de carbono no neutro (A) e no estado acionado (B). (B) também destaca as principais características que determinam o desempenho de um atuador iônico. Nota: a figura não é atraída para a escala. O tamanho do íon tem sido exagerado para ilustrar o mecanismo de atuação mais comumente citado prevalente no caso de uma membrana inerte que permite a mobilidade de aniões e côndeses do eletrólito (por exemplo, líquido iônico). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
A obtenção de uma membrana funcional que permanece intacta durante todo o processo de fabricação é um dos passos fundamentais na preparação bem sucedida do atuador. Uma membrana de alto desempenho para um atuador é o mais fina possível e permite condutividade iônica entre os eletrodos enquanto bloqueia qualquer condutividade eletrônica. A condutividade iônica na membrana pode resultar da combinação do eletrólito com uma rede porosa inerte (por exemplo, a abordagem utilizada neste protocolo) ou pelo uso de polímeros específicos com unidades ionizadas covalentemente ligadas ou outros grupos que permitem interações com o eletrólito. A abordagem anterior é preferida aqui por sua simplicidade, enquanto interações especificamente adaptadas entre o eletrólito e a rede de polímeros também podem ter vantagens, se interações desfavoráveis (por exemplo, bloqueando ou retardando o movimento de íons significativamente devido às interações) podem ser descartadas. A vasta seleção de membranas ionomericas ou ativas para atuadores eletromecanicamente ativos e seus mecanismos de atuação resultantes foram revisadas recentemente21. A seleção da membrana, além da seleção de eletrodos, desempenha um papel crucial no desempenho do atuador, na vida e no mecanismo de atuação. O protocolo atual está focando principalmente em membranas inertes que fornecem a estrutura porosa para migração de íons (como mostrado na Figura 1),embora partes do protocolo (por exemplo, opção de membrana C) também possam ser benéficas para as membranas ativas.
Além da seleção do material de membrana, seu método de fabricação também desempenha um papel importante na obtenção de um separador funcional para o composto. As membranas fundidas anteriormente utilizadas tendem a derreter durante o passo de pressão a quente posterior e, portanto, podem formar pontos de curto-circuito22. Além disso, as membranas ionomericas comerciais (por exemplo, Nafion) tendem a inchar e dobrar significativamente em resposta aos solventes usados nas etapas de fabricaçãoposteriores 12, e alguns polímeros (por exemplo, celulose23) são conhecidos por dissolver em alguma medida em alguns líquidos iônicos, possivelmente causando problemas com a repetibilidade do processo de fabricação e resultando em má uniformidade dos eletrodos. Portanto, este protocolo se concentra em atuadores com um componente integral passivo e quimicamente inerte na membrana (por exemplo, fibra de vidro ou seda com PVDF ou PTFE) que impede o composto de inchaço e entortamento em etapas de fabricação posterior ou de formar pontos de curto-circuito. Além disso, a adição de um componente inerte e passivo simplifica significativamente o processo de fabricação e permite tamanhos de lotes maiores em comparação com métodos mais tradicionais.
A inclusão de um reforço passivo na membrana foi introduzida pela primeira vez por Kaasik et al. 18 para enfrentar os problemas acima mencionados no processo de fabricação do atuador. A inclusão de um reforço têxtil tecida (ver também figura 3B e 3D) introduz ainda mais a capacidade de integrar ferramentas no composto ativo24 ou desenvolver têxteis inteligentes18. Portanto, a opção de membrana C no protocolo é mais adequada para tais aplicações. No entanto, no caso de atuadores miniaturizados (no nível sub-milimétrico), a razão passivo-ativo na membrana torna-se cada vez mais desfavorável e a inclusão de um reforço têxtil ordenado pode começar a influenciar negativamente o desempenho do atuador e a repetibilidade amostral-amostral. Além disso, a direção do reforço (ao longo ou na diagonal em relação à direção da dobra) pode afetar o desempenho de atuadores mais complexos inesperadamente. Portanto, uma estrutura inerte menos ordenada e altamente porosa seria mais benéfica para atuadores miniaturizados e formas atuadoras mais complexas.
O politetrafluoetileno (PTFE, também conhecido pelo nome comercial Teflon) é um dos polímeros mais inertes conhecidos até hoje. É tipicamente altamente hidrofóbico, mas versões tratadas na superfície que são tornadas hidrofílicas existem, que são mais facilmente utilizáveis na fabricação do atuador. A Figura 3A ilustra a estrutura aleatória de uma membrana de filtração ptfe hidrofílica inerte que foi utilizada neste protocolo para preparação do atuador. Além da uniformidade deste material em todas as direções que é benéfica para cortar atuadores miniaturizados ou formas complexas, o uso de uma membrana de filtração comercial com porosidade controlada simplifica ainda mais o processo de fabricação do atuador, quase eliminando a necessidade de qualquer preparação de membrana. Além disso, as espessuras de membrana tão baixas quanto 30 μm são extremamente difíceis de obter na configuração anteriormente descrita com reforço têxtil. Portanto, os métodos de fabricação de atuadores baseados em PTFE (opções A e B) deste protocolo devem ser preferidos na maioria dos casos, considerando ainda que a opção A é mais rápida, mas os atuadores feitos usando a opção B mostram cepas maiores (na faixa de frequência apresentada na Figura 4B). O aperto macio introduzido na seção de resultados representativos também foi preparado utilizando a membrana PTFE primeiro embebido em eletrólito.
Depois que uma membrana funcional foi preparada, o protocolo continua com a preparação do eletrodo e o acessório coletor atual. Os eletrodos à base de carbono são adicionados usando revestimento de spray – um procedimento industrialmente estabelecido que permite um alto controle sobre a espessura resultante da camada de eletrodos. Eletrodos mais uniformes são produzidos com revestimento de spray em comparação, por exemplo, com o método de fundição (ou possivelmente também outros métodos líquidos) onde a sedimentação de partículas de carbono durante a secagem do filme25 são conhecidas por ocorrer. Além disso, outra característica do método de fabricação apresentado se baseia na estratégia de seleção de solventes que é mais importante no caso de membranas com reforço têxtil. Mais precisamente, 4-metil-2-pentanona (o solvente na suspensão de eletrodos e solução de cola) não dissolve os reforços de membrana inerte ou PVDF que é usado na solução de membrana da membrana têxtil-reforçada. Portanto, o risco de criar pontos de curto-circuito no composto durante o revestimento de spray é ainda mais reduzido.
O laminado capacitivo já está ativo após a aplicação de eletrodos de carbono. No entanto, uma ordem de magnitude mais rápido atuadores26 são obtidos com a aplicação de coletores de corrente de ouro. Outro passo importante no protocolo é a fixação dos coletores atuais enquanto o eletrodo correspondente está no estado esticado (ou seja, o composto está dobrado). Portanto, no estado plano neutro do atuador, a folha de ouro será dobrada no nível submilímetro. Esta abordagem de buffering-by-buckling27 permite deformações mais altas sem quebrar do que seria possível para uma folha de metal multa (~100 nm).
Todas as etapas de fabricação do atuador (preparação da membrana, pulverização de eletrodos, acessório coletor atual) também foram resumidas na Figura 2. Para a demonstração de caracterização de desempenho, preparamos um gripper que está agarrando, segurando e liberando um objeto em forma aleatória com uma textura de superfície aleatória. Geometrias mais simples, como amostras retangulares com proporção 1:4 ou superior (por exemplo, 4 mm a 20 mm ou mesmo 1 mm a 20 mm28) cortadas do material ativo e fixadas na posição cantilever também são muito típicas para caracterização material ou outras aplicações que utilizem o comportamento do tipo de dobra.
O artigo termina com uma breve introdução à típica caracterização de material capacitivo eletrometricamente ativo e técnicas de solução de problemas usando a geometria mais simples do atuador retangular. Mostramos como utilizar técnicas comuns de caracterização eletroquímica como a voltammetria cíclica (CV) e a espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) para caracterizar e solucionar o material do atuador com mais detalhes. A visualização do composto em nível sub-milimétrico é feita utilizando-se a microscopia eletrônica de varredura (SEM), para a qual usamos a técnica crio-fraturadora para preparar as amostras. A natureza polimérica do material dificulta a obtenção de seções transversais claras com apenas um corte regular. No entanto, a quebra de amostras congeladas resulta em seções transversais bem definidas.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4.jpg"> Figura 2: Visão geral do processo de fabricação. Os passos mais importantes são destacados. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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

fabrication of carbon-based ionic electromechanically active soft actuators

Laminados capacitivos eletromecânicos iônicos são um tipo de material inteligente que se move em resposta à estimulação elétrica. Devido à natureza suave, compatível e biomimética dessa deformação, os atuadores feitos do laminado têm recebido crescente interesse em robótica suave e (bio)aplicações médicas. No entanto, métodos para fabricar facilmente o material ativo em grandes quantidades (mesmo industriais) e com uma alta repetibilidade de lote a lote e dentro do lote são necessários para transferir o conhecimento de laboratório para indústria. Este protocolo descreve um método simples, industrialmente escalável e reprodutível para a fabricação de laminados capacitivos eletromecanicamente ativos à base de carbono iônico e a preparação de atuadores feitos. A inclusão de uma camada média passiva e quimicamente inerte (insolúvel) (por exemplo, uma rede de polímeros reforçados por têxteis ou teflon microporoso) distingue o método de outros. O protocolo é dividido em cinco etapas: preparação da membrana, preparação de eletrodos, apego ao coletor atual, corte e modelagem e atuação. Seguir o protocolo resulta em um material ativo que pode, por exemplo, agarrar e segurar um objeto em forma aleatória, conforme demonstrado no artigo.

O ponto final principal para distinguir entre um experimento bem sucedido e um experimento fracassado é a resposta do material a sinais elétricos depois de ser contatado a uma fonte de alimentação. Na engenharia elétrica, o cobre é um material bem conhecido para fazer contato. No entanto, o cobre também é eletroquimicamente ativo e, portanto, não é adequado para fazer contato com um sistema iônico introduzido aqui. O uso de contatos de cobre pode causar curtos-circuitos devido à formação de dendritos através do composto. Além disso, em caso de caracterização material, é impossível distinguir entre correntes (e atuação) decorrentes do material eletroativo e que prossegue a atividade eletroquímica do cobre29. Já mostramos anteriormente que a atuação – embora não confiável – sem qualquer material ativo adicionado (ou seja, sem os eletrodos de polímeros à base de carbono ou condutivo) é possível em caso de membranas ionômeras úmidas (por exemplo, Nafion) e apenas terminais de cobre29. Portanto, todos os experimentos com o material ativo aqui foram realizados apenas usando contatos de ouro inerte.
Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) é um método não destrutivo para caracterização e solução de problemas do material atuador capacitivo antes do uso. Os espectros de impedância na Figura 4C e 4D foram capturados utilizando um potenciostot/galvanosstat/FRA na configuração de dois eletrodos. A amostra (20 mm x 4 mm x 150 μm) foi colocada entre os contatos de ouro, a amplitude do sinal de entrada durante a medição de impedância foi definida para 5 mVRMS e as frequências de 200 kHz a 0,01 Hz foram digitalizadas. A Figura 4C e 4D mostram os espectros típicos de impedância de atuadores com alta (~300 Ω cm2) ou com baixa resistência interna (~5 Ω cm2),respectivamente. Os espectros foram registrados utilizando-se uma amostra com a membrana PTFE seca e outra amostra com a membrana encharcada, respectivamente. Maior condutividade iônica através do material tende a corresponder a atuadores mais rápidos e possivelmente também mais deslocamento na mesma freqüência de atuação (ver Figura 4B),se todos os outros parâmetros (por exemplo, parâmetros mecânicos) forem mantidos inalterados e o material em geral estiver ativo.
A natureza não destrutiva do EIS é especialmente benéfica para a detecção de curtos-circuitos no composto. No caso de atuadores preparados seguindo o protocolo atual, os curtos-circuitos são mais frequentemente causados por detritos coletores atuais nas laterais do atuador (ver instruções de corte na Etapa 4.1.1) ou mais raramente por uma membrana defeituosa (por exemplo, quando não cobre todos os orifícios na membrana têxtil reforçada como instruído na Seção 1.5). Um resistor (neste caso um curto-circuito) seria apresentado como um pontilhado no enredo de Nyquist de um experimento do EIS. Observar tal resposta é um certo indicador de uma amostra defeituosa (ver Figuras 4C e 4D para espectros de referência de atuadores capacitivos funcionais). Amostras de curto-circuito normalmente não atuavam. Além disso, estes seriam mais frequentemente tornados permanentemente inúteis devido ao aquecimento resistivo e ao derretimento resultante do composto quando tentado atuar.
Em sua forma funcional, este material é um capacitor de dupla camada que mostra movimento de dobra em resposta ao carregamento e descarga da camada dupla graças a eletrólitos especificamente adaptados usados em sua fabricação. Voltammetria cíclica (CV) é uma técnica amplamente utilizada em eletroquímica para estudar diferentes sistemas. Durante um experimento cv, o potencial do eletrodo de trabalho (neste caso um dos eletrodos do atuador) é variado em relação a um eletrodo contra (aqui o outro eletrodo do atuador) com velocidade constante (por exemplo, 800 mV/s entre ±2 V) e a resposta atual do sistema é registrada usando um potenciostatito. Uma resposta corrente típica do laminado capacitivo é apresentada na Figura 4E. A resposta atual da amostra com a membrana PTFE encharcada (em cinza escuro em 4E) se assemelha à de um capacitor ideal: a corrente não depende do potencial do eletrodo e ao inverter o potencial, a direção atual (e, portanto, seu sinal) é alterada (quase) imediatamente, resultando em um voltammograma retangular (quase) retangular. A resposta atual da amostra com uma membrana inicialmente seca (em rosa em 4E) mostra menos comportamento de capacitor ideal a esta taxa de varredura, provavelmente devido à alta resistência interna do material (como também evidenciado pelo EIS na Figura 4C). Ainda assim, ambas as amostras mostram a natureza capacitiva do composto. Por outro lado, linhas cinzentas claros na Figura 4E mostram possíveis comportamentos de amostras defeituosas (por exemplo, de curto-circuito) que seguiriam de perto a lei do Ohm.
O desempenho de diferentes atuadores funcionais é apresentado na Figura 4A e Figura 4B. A Figura 4A mostra instantâneos do vídeo onde um atuador termoformado de 5 dedos segura, segura e libera um objeto em forma aleatória em resposta aos passos de tensão. Geometrias mais simples são tipicamente usadas para fins de caracterização do material. Por exemplo, a Figura 4B destaca o ângulo máximo de dobra dos atuadores de membrana PTFE seco e encharcado28,30 em resposta a sinais de tensão triangular entre ±2 V. Para caracterizar diferentes materiais atuadores, foram colocadas amostras (4 mm x 20 mm x 150 μm) entre grampos dourados na posição cantilever (deixando 18 mm de comprimento livre para atuação) e o ângulo de dobra foi gravado por meio de uma câmera de vídeo. Alternativamente, o movimento de um único ponto ao longo do atuador (por exemplo, 5 mm dos contatos) tem sido tipicamente monitorado no tempo e utilizado nos cálculos de diferença de tensão31,32. O processamento de vídeo, embora mais complicado, fornece mais informações sobre todo o perfil de dobra da amostra e também permite reanalisar o desempenho posteriormente, se tal necessidade surgir. O ponto de 0,1 Hz na Figura 4B corresponde exatamente ao mesmo sinal usado nos experimentos de voltammetria cíclica da Figura 4E,tanto em termos de tensão de atuação quanto de frequência de atuação. Usar o mesmo sinal para caracterização e atuação nos permite, por exemplo, tirar conclusões sobre a natureza capacitiva do material e sobre a estabilidade e falta de reações eletroquímicas durante a atuação.
Métodos eletroquímicos (EIS, CV), visualização da estrutura do atuador no nível (tipicamente) do micrômetro (SEM) e caracterização de deslocamento são os métodos mais comuns para caracterizar atuadores iônicos e avaliar o sucesso do processo de fabricação. No entanto, experimentos personalizados para avaliar o desempenho do atuador em um aplicativo mais específico são frequentemente desenvolvidos para avaliar o desempenho específico do aplicativo (por exemplo, a capacidade de carregar uma carga).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig3.jpg"> Figura 3: Imagem. Micrografiaeletrônica de varredura mostrando a membrana PTFE altamente porosa(A)e uma seção transversal de um atuador feito usando a mesma membrana não mostrando delaminação(C). Micrografo SEM mostrando uma seção transversal de um atuador reforçado com têxteis(D)e uma fotografia óptica do reforço de seda correspondente(B). As amostras para seções transversais sem foram primeiramente criofraturadas usando nitrogênio líquido, montadas em um suporte de amostra metálica e, em seguida, sputtered com 5 nm de ouro para melhor definição usando um coater sputter. Um microscópio eletrônico de varredura de mesa foi usado para imagens com tensão de aceleração de 15 keV. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig4.jpg"> Figura 4: Resultados representativos do atuador. (A) Etapas de tensão e imagens correspondentes do aperto de cinco braços que agarram um objeto com forma aleatória (atuador sem contatos 21 mgs; carga de espuma de poliestireno 17,8 mgs); (B) ângulo de dobra total de 4 mm x 20 mm x 150 μm atuadores baseados em PTFE fixados entre contatos dourados (18 mm de comprimento livre) em resposta a um sinal de atuação triangular (±2 V) em diferentes freqüências de atuação (n=3, barras de erro representam um desvio padrão da média); (C e D) espectrotípico de impedância eletroquímica dos laminados capacitivos eletromecânicos ativos (amplitude de sinalRMS de 5 mV); (E) voltammetria cíclica típica dos laminados capacitivos (sinal de atuação triangular utilizando velocidade de varredura de 800 mV/s que corresponde aos pontos de 0,1 Hz em B). Linhas cinzentas nos voltammogramas cíclicos são para comparação e mostram resposta de um potencial atuador defeituoso (essencialmente um resistor) que seguiria de perto a lei do Ohm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig5.jpg"> Figura 5: Secagem de spin durante a preparação da membrana. (A) esquemas da configuração(B)da configuração com um quadro com reforço ligado. Durante a secagem do giro, a força centrífuga direciona o solvente residual na camada de membrana em direção à borda da estrutura. Isso pode ser benéfico para acelerar o processo de secagem. No entanto, em caso de membranas completamente úmidas, isso pode resultar na perda de material ativo (polímero e líquido iônico) e, portanto, deve ser evitado. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Este artigo descreve um processo de fabricação rápido e simples de materiais compostos eletromecânicos iônicos ativos para atuadores em aplicações biomédicas, biomiméticas e robótica macia. Os principais passos de fabricação, sua importância para as propriedades finais dos atuadores, e algumas das principais técnicas de caracterização são descritos em detalhes.

Fabricação de atuadores macios eletromecanicamente ativos à base de carbono

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

Este protocolo descreve a fabricação de material eletromecanicamente ativo à base de carbono para aplicações biomédicas e robótica macia. A principal vantagem deste método é que permite a fabricação reprodutível de atuadores iônicos também em grandes quantidades. Assistir a este vídeo deve dar-lhe uma boa compreensão sobre como fabricar e usar atuadores iônicos.O protocolo é dividido em cinco etapas. Primeiro, uma membrana condutora de íons é preparada. É então coberto com eletrodos à base de carbono aos quais os coletores de corrente de ouro são anexados.Depois de cortar a amostra em forma, o material está pronto para uso. Para começar, escolha entre uma membrana tri-PTFE, a mesma membrana encharcada em eletrólito, ou uma membrana têxtil reforçada. Cada opção resulta em um atuador funcional.Consulte o texto para ajudar na seleção. O material é preparado usando uma moldura. Pegue uma folha ptfe de alta porosidade e coloque-a sobre o quadro.Esticuda e aperte a folha na moldura. Tenha cuidado para não danificar a membrana seca. Uma vez que a membrana esteja pronta, pule para a etapa de fabricação de eletrodos.Pegue uma grande placa de Petri e coloque uma folha ptfe de alta porosidade dentro. Adicione um excesso de líquido iônico. Certifique-se de que toda a folha está coberta.Uma vez que a membrana esteja suficientemente encharcada, remova o excesso usando uma pipeta. Coloque cuidadosamente a membrana entre os papéis do filtro para remover qualquer líquido iônico restante que não tenha sido absorvido pela folha ptfe. Repita este processo até que a folha esteja semitransparente, mas não molhada.Esticada e fixar a membrana encharcada em uma estrutura plástica. Certifique-se de evitar rugas e dobras. Agora que a membrana está pronta, pule para a etapa de fabricação de eletrodos.Pegue um tecido com fibras inertes finas e fixe-o em uma moldura. Certifique-se de esticá-lo bem. Apare qualquer excesso de tecido usando uma tesoura.Remova cuidadosamente as fibras soltas. Enquanto trabalha sob a capa de fumaça, cubra o tecido com uma fina camada de solução de membrana. Veja o texto para a receita exata.Deixe a primeira camada secar completamente. Primeiro, use a pistola de calor e depois a arma de calor juntamente com uma configuração dedicada para acelerar o processo de secagem. Evite usar uma taxa de rotação muito alta em uma membrana completamente úmida, pois pode resultar na perda de material ativo.Consulte o texto para mais detalhes. Inspecione a membrana contra a luz de fundo em busca de pinholes. Continue aplicando camadas de revestimento até obter uma membrana livre de defeitos.Adicione camadas de membrana subsequentes com extrema cautela. Aplique camadas finas o mais possível e nunca mais suba duas vezes em superfícies molhadas. Aplique camadas em ambos os lados.Desta forma, o reforço permanecerá no meio do composto. Deixe uma camada secar antes de adicionar outra. Uma vez obtida uma membrana livre de defeitos, verifique sua espessura usando um medidor de espessura.Atualmente, são 54 micrômetros. Em um frasco selado, dissolva o polímero no solvente mexendo durante a noite a 70 graus Celsius usando um agitador magnético e uma placa quente controlada pela temperatura. Veja o texto para a receita exata.Em outro frasco, pese o pó de carbono, adicione líquido iônico, solvente e uma barra de agitação magnética. Sele o frasco e misture. Uma vez que a suspensão de carbono tenha homogeneizado e o polímero tenha dissolvido, fixe ou remova a conta magnética e despeje a solução de polímero na suspensão de carbono.Use 10 mililitros de solvente para remover resíduos de polímeros das paredes do frasco e adicioná-lo à suspensão de carbono. Homogeneize a suspensão usando uma sonda ultrassônica. Depois disso, a suspensão está pronta para uso ou armazenamento.Encha o reservatório de uma pistola de pulverização ou escova de ar com acetona. Teste o fluxo em um pedaço de papel primeiro. Certifique-se de que a escova de ar está limpa e livre de bloqueios.Durante o armazenamento, a suspensão pode se transformar em um gel. Misture-o em um navio fechado a 70 graus Celsius para obter um líquido. Encha o reservatório da escova de ar com a suspensão do eletrodo.Teste o fluxo de suspensão em um pedaço de papel primeiro. Pegue a membrana preparada. Comece a mover a pistola de spray antes de começar a pulverizar.Mantenha a arma em movimento em golpes retos. Deixe um lado secar antes de começar a pulverizar do outro. Pulverizar até que a espessura desejada tenha sido atingida.Remova cuidadosamente o material da armação. Se a membrana têxtil reforçada foi utilizada, então alinhe o corte com as fibras. Corte uma peça de quatro por três centímetros usando uma régua de metal e um bisturi.Este tamanho de corte é mais conveniente para lotes de pequeno a médio porte. No entanto, não é crucial a obtenção de atuadores de trabalho. Pegue um tubo de metal ou tubo e conserte a peça de corte sobre ele.Tente sobrepor apenas cerca de um milímetro do material atuador com fita. Pegue uma folha de ouro fino no papel de transferência e corte-o em quatro por quatro centímetros de pedaços. Coloque um deles em um papel de tecido.Pulverize o composto com uma fina camada de cola. Veja o texto para a receita exata. Rapidamente a loja o pincel de ar ereto.Enrole o tubo sobre a folha de ouro enquanto a cola ainda está molhada. Não é necessária pressão excessiva para rodar. Remova a transferência e role novamente o papel do tecido para ter certeza de que o ouro está devidamente preso.Coloque o material para secar. Uma vez seco, remova cuidadosamente a fita para liberar o material do tubo. Limpe o tubo com acetona.Conserte o material no tubo, lado revestido de ouro de frente para o tubo. Em seguida, repita os passos para anexar o coletor atual do outro lado também. Note os lados que estavam cobertos com fita adesiva.Corte retângulos ou formas mais complexas. Uma amostra de quatro por 20 milímetros é boa para caracterização. Alinhe o comprimento da amostra com uma direção curva.O gripper macio deve ser termoformado primeiro. Coloque o atuador em um molde de frasco de vidro para formar o gripper em forma. Uma vez que o atuador esteja dentro do molde, coloque-os em um forno ou use a luz infravermelha.A pinça é colocada entre contatos dourados, o lado dourado voltado para o material ativo. As etapas de tensão são aplicadas para lidar com a carga útil. Abrindo o gripper.Fechando o gripper. Levantando a carga à mão. Testando o aperto.E finalmente, liberando a carga. Clipes kelvin são usados para caracterização. Coloque o atuador entre os grampos e monitore o alfa angular usando uma câmera de vídeo.Em caso de sinal triangular, a resposta atual de um atuador funcional é capacitiva. Considerando que a resposta de uma amostra defeituosa segue de perto a Lei de Ohm e é resistiva. Use microscopia eletrônica de varredura para descrever a estrutura do atuador.As amostras são congeladas fraturadas usando nitrogênio líquido para obter seções transversais de corte limpo. Atenção:Nunca feche a tampa de um recipiente de nitrogênio líquido. O acúmulo de pressão pode causar ferimentos graves.Primeiro, congele o atuador por alguns minutos em nitrogênio líquido. Em seguida, use dois conjuntos de pinças frias para quebrar a amostra congelada. Atuadores têxteis reforçados podem não quebrar mesmo no estado congelado.Congele um bisturi junto com o atuador e corte a amostra congelada em dois pedaços. Esta é uma seção transversal de um atuador ptfe mostrando dois eletrodos de carbono, separados por uma membrana PTFE, formando o atuador. O ponto chave deste método é a inclusão de um reforço inerte como o PTFE na camada de membrana.Isso simplifica significativamente o processo de fabricação e permite fabricar reproduzivelmente os materiais ativos em larga escala. Nosso método mostra um caminho promissor para a fabricação em escala industrial de atuadores iônicos.

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