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

Авторы хотели бы поблагодарить Рона Ховенкампа и Марселя Малдера из Philips Research за полезные дискуссии. Эта работа была частично поддержана институциональным финансированием исследований IUT (IUT 20-24) Министерства образования и исследований Эстонии, грантом Эстонского научно-исследовательского совета (PUT1696), Европейским фондом регионального развития, программой Mobilitas Pluss (Grant No MOBTP47), исследовательской и инновационной программой Европейского союза Horizon 2020 в рамках грантового соглашения Марис Склодовска-Кюри No 793377 (BIOACT) и по проекту IMPACT-MII , инновационный проект EIT Health. ИТ-здоровье поддерживается EIT, органом Европейского союза.

<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>

Авторам нечего раскрывать.

Мы представили простой, быстрый, повторяемый и универсальный метод изготовления для ионной электромеханически активной композитной подготовки для различных приложений для прививочных, а также с незначительными изменениями также для хранения энергии, сбора33 или зондирования34 приложений. Текущий метод фокусируется на мембранах с интегральным пассивным и химически инертным компонентом (например, текстильной полимерной сети или очень пористой тефлоонной мембраны, см. также Рисунок 3),потому что такие мембраны значительно упрощают процесс подготовки актуатора также в больших масштабах. Кроме того, полученные мембраны имеют более низкий риск отеков и раскряжевки из-за растворителей (или электролита) в электродной подвеске или коротком замыкании формирования горячих точек по сравнению со многими другими распространенными методами изготовления привода и материалами.
Критическими шагами в емкостном препарате ламината актуала являются мембранная подготовка, изготовление электродов, текущее крепление коллектора, резка и контактирование(рисунок 2). Каждый из этих шагов оставляет место для настройки и оптимизации производительности, но и для ошибок. В следующем разделе мы обсудим полезные изменения и стратегии устранения неполадок этого метода изготовления более подробно. Высокопроизводительный композитный результат из взаимодействия нескольких ключевых аспектов, которые необходимо иметь в виду: достаточная электронная проводимость вдоль электрода (добавить коллектор золотого тока к углеродным электродам); достаточная ионная проводимость через мембрану (использовать тонкую пористую мембрану и достаточное количество электролита с низкой вязкой, снижают риск неблагоприятных взаимодействий между мембраной и электролитом с помощью инертной полимерной сети); высокая площадь поверхности электрода (выбрать подходящий тип углерода); с учетом электролитов, которые приводят к асимметричному отеку/сокращению электродов (выбрать подходящий электролит); механические параметры (модные компоненты молодых). Эти основные аспекты высокопроизводительного углеродного активатора также выделены на рисунке 1B.
Высокопроизводительная мембрана является центральной частью этого композита. Он имеет две задачи: предотвращение электронной проводимости (короткие замыкания) между электродами, обеспечивая при этом высокую ионную проводимость. Изменения мембраны могут служить несколькими целями, например интеграцией инструментов, введенных Must et al.24, или добавлением новых свойств (например, биосовместимость, биоразлагаемость или различные механические свойства). Нынешний метод изготовления может быть изменен для использования других полимеров и электролитов в мембране, чтобы ввести новые свойства активного ламината. Как и стратегия выбора растворителя, введенная здесь для текстильных усилителей, желательно выбрать более бедные растворители для последующего изготовления электрода по сравнению с мембранной подготовкой. Это гарантирует, что мембрана остается функциональной и нетронутой также после добавления электродов.
Производительность активации конечного композита зависит от выбранного электродного материала (углерода), электролита и, возможно, их совместимости друг с другом. Этот протокол вводит изготовление емкостных ламинатов на основе углерода с использованием карбида бора, полученного углеродом, и 1-этил-3-метилимидазолия трифторметанесульфоната (EMIM) ионная жидкость. Тем не менее, тот же протокол адаптируется к другим высоким конкретным углеродных материалов поверхности, таких как карбид производные углерода из других источников (например, TiC35, SiC или Mo2C36), углеродных нанотрубок8,37, углеродаэрогеля38 или графена39, и другие, как также рассмотрел и недавно40. Кроме того, в подготовке к актуатору могут быть использованы и другие электролиты. Получение функционального композита не ограничивается углеродными и ионными типами жидкости, представленными в данном протоколе. Размер частиц углерода, их возможная агломерация в электродной подвеске и вязкость подвески являются более важными параметрами для процесса распыления покрытия.
Этот метод позволяет производить электромеханически активный ламинатный материал с воспроизводимыми свойствами в больших количествах. Миниатюризация приводов из этого материала осуществляется в основном с использованием высокоточной резки (например, рисунок 3С). Альтернативные методы для подготовки мелких структур, таких как маскировка, и узор возможны во время распыления покрытия41. Кроме того, структуры миллиметрового масштаба также могут быть узорчаты в последующем этапе крепления коллектора золотого тока. Однако в субмиллиметровом масштабе это может стать довольно сложным. Другие типы приводов или углеродных приводов без коллекторов золотого тока может быть легче подготовить, если шаблонные объекты должны быть в масштабе микрометра.
Внутренне мягкие приводы, которые реагируют на электрические стимулы имеют много преимуществ благодаря их мягкой и совместимой природы, тихой работы и низких требуемых уровней напряжения. Текущий протокол показывает, как производить такой материал в больших количествах и с высокой пакетной и внутрипакетной повторяемости без ущерба для производительности активации. Изменения в текущем методе включения более био-дружественных и, возможно, также биоразлагаемых компонентов, которые позволили бы операции близко или внутри живых организмов в дополнение к успешной общей инкапсуляции подходов, и интеграция введенного активного материала в мягкие робототехнические или биомедицинские устройства предусмотрены на будущее.

<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

Ионные электромеханически активные емпационные ламинаты являются одним из видов смарт-материала, которые движутся в ответ на электрическую стимуляцию. Из-за мягкого, совместимого и биомиметического характера этой деформации, приводы из ламината получили все больший интерес к мягкой робототехнике и (био) медицинскому применению. Тем не менее, для передачи знаний из лаборатории в промышленность необходимы методы легкого изготовления активного материала в больших (даже промышленных) количествах и с высокой партией к партии и повторяемости внутри партии. Этот протокол описывает простой, промышленно масштабируемый и воспроизводимый метод для изготовления ионных углеродных электромеханически активных емких ламинатов и подготовки сделанных им приводов. Включение пассивного и химически инертного (нерастворимого) среднего слоя (например, текстильной полимерной сети или микропористого тефлона) отличает метод от других. Протокол разделен на пять этапов: мембранная подготовка, подготовка электрода, текущая коллекторская привязанность, резка и формирование, активация. После протокола приводится активный материал, который может, например, совместимо захватить и удерживать объект случайной формы, как показано в статье.

Основной конечнейточкой для проведения успешного и неудачного эксперимента является реакция материала на электрические сигналы после того, как он связался с блоком питания. В электротехнике медь является известным материалом для создания контактов. Тем не менее, медь также электрохимически активна и поэтому не подходит для контакта с ионной системой, введенной здесь. Использование медных контактов может вызвать короткое замыкание из-за образования дендрита через композит. Кроме того, в случае материальной характеристики невозможно провести различие между токами (и активацией), вытекающими из электроактивного материала и вытекающими из электрохимической активности меди29. Ранее мы показали, что активация - хотя и ненадежная - без какого-либо дополнительного активного материала (т.е. без углеродных или проводящих полимерных электродов) возможна в случае влажных иономерных мембран (например, Nafion) и просто медных терминалов29. Поэтому все эксперименты с активным материалом здесь проводились только с использованием инертных контактов золота.
Электрохимическая импеданция спектроскопии (EIS) является неразрушающий метод для характеристики и устранения неполадок емкостного материала актуатора перед использованием. Спектры импеданса на рисунке 4C и 4D были захвачены с помощью потентиостата/гальваностата/FRA в двухэлектродной конфигурации. Образец (20 мм х 4 мм х 150 мкм) был помещен между золотыми контактами, амплитуда ввода сигнала во время измерения импеданса была установлена на 5 мВrmS и частоты от 200 кГц до 0,01 Гц были отсканированы. На рисунке 4C и 4D показаны типичные спектры импеданса от приводов с высоким (300 и см2)или с низким внутренним сопротивлением , соответственно.2 Спектры были записаны с использованием образца с сухой мембраной PTFE и другой образец с пропитанной мембраной, соответственно. Более высокая ионная проводимость через материал, как правило, соответствует более быстрым приводителям и, возможно, также больше перемещения на той же частоте активации (см. Рисунок 4B),если все другие параметры (например, механические параметры) остаются неизменными и материал в целом активен.
Неразрушающий характер EIS особенно полезен для обнаружения короткого замыкания в композите. В случае приводов, подготовленных в соответствии с действующим протоколом, короткое замыкание чаще всего вызвано текущим коллекторским мусором со стороны привода (см. инструкции по резке в шаге 4.1.1) или реже неисправной мембраны (например, когда не покрывают все отверстия в текстильной оболочке, как указано в разделе 1.5). Резистор (в данном случае короткое замыкание) будет представлен в качестве точки на нюквистском участке эксперимента EIS. Наблюдение за такой реакцией является определенным показателем неисправного образца (см. Рисунки 4C и 4D для эталонных спектров функциональных емкостных приводов). Короткие замыкания образцов, как правило, не актуализировать. Кроме того, они чаще всего оказываются постоянно бесполезными из-за резистивного нагрева и в результате таяния композита при попытке к активации.
В своей функциональной форме, этот материал представляет собой двухслойный конденсатор, который показывает изгиб движения в ответ на зарядку и разгрузку двойного слоя благодаря специально с учетом электролитов, используемых в его изготовлении. Циклическая вольтамметрия (CV) является широко используемой техникой в электрохимии для изучения различных систем. В ходе CV-эксперимента потенциал работающего электрода (в данном случае одного из электродов-актуатора) изменяется по отношению к встречного электрода (здесь другой электрод актуатора) с постоянной скоростью (например, 800 мВ/с между 2 В) и текущая реакция от системы регистрируется с помощью потентивиостата. Типичный текущий ответ от емкостного ламината представлен на рисунке 4E. Текущий ответ образца с пропитанной мембраной PTFE (в темно-сером цвете 4E)напоминает реакцию идеального конденсатора: ток не зависит от потенциала электрода и при обращении вспять потенциала, текущее направление (и, следовательно, его знак) немедленно изменяется (почти) в результате чего (почти) прямоугольная вольттамограмма. Текущий ответ образца с первоначально сухой мембраной (в розовом цвете в 4E)показывает менее идеальное поведение конденсатора с такой скоростью сканирования, вероятно, из-за высокой внутренней устойчивости материала (о чем также свидетельствует EIS на рисунке 4C). Тем не менее, оба образца показывают емкостный характер композита. С другой стороны, светло-серые линии на рисунке 4E показывают возможное поведение неисправных образцов (например, короткозамыки), которые будут внимательно следить за законом Ома.
Производительность различных функциональных приводов представлена на рисунке 4A и рисунке 4B. На рисунке 4A показаны снимки из видео, где термоформообразуемый 5-пальцевый термоформовый актуатор захватывает, удерживает и выпускает объект случайной формы в ответ на шаги напряжения. Более простые геометрии обычно используются для целей характеристики материала. Например, на рисунке 4B подчеркивается сухой и пропитанной PTFE мембраны приводов максимальный угол изгиба28,30 в ответ на треугольные сигналы напряжения между 2 V. Для характеристики различных материалов для актуатора образцы (4 мм х 20 мм х 150 мкм) были помещены между золотыми зажимами в положении кантилевера (оставляя 18 мм свободной длины для активации) и угол наклона был записан с помощью видеокамеры. Кроме того, движение одной точки вдоль актуатора (например, 5 мм от контактов) обычно контролируется во времени и используется в расчетах разницы деформаций31,32. Обработка видео, хотя и более сложная, дает больше информации по всему изгибу профиля образца, а также позволяет повторно проанализировать производительность позже, если такая необходимость возникает. Точка 0,1 Гц на рисунке 4B соответствует точно такому же сигналу, как и в циклических экспериментах по вольтамметрии Рисунок 4E,как с точки зрения напряжения, так и частоты активации. Использование одного и того же сигнала для характеристики и активации позволяет нам, например, делать выводы о емкостном характере материала, о стабильности и отсутствии электрохимических реакций во время активации.
Электрохимические методы (EIS, CV), визуализация структуры привода на (обычно) уровне микрометра (SEM) и характеристика смещения являются наиболее распространенными методами для характеристики ионных приводов и оценки успеха процесса изготовления. Однако для оценки производительности привода в более конкретном приложении часто разрабатываются пользовательские эксперименты для оценки производительности конкретного приложения (например, способности нести нагрузку).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig3.jpg"> Рисунок 3: Изображение. Сканирование электронных микрографов, показывающих очень пористую мембрану PTFE(A) и поперечное сечение спотателя, сделанного с использованием той же мембраны, не показывающей делеаминации(C). Микрограф SEM, показывающий поперечное сечение текстильного усилителя(D) и оптическую фотографию соответствующего шелкового арматуры (B). Образцы для SEM поперечных сечений были сначала крио-трещины с использованием жидкого азота, установлен на держатель металлического образца, а затем распыляется с 5 нм золота для лучшего определения с помощью распылителя пальто. Настольный сканирующий электронный микроскоп использовался для визуализации при 15 кеВ-ускоренном напряжении. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig4.jpg"> Рисунок 4: Репрезентативные результаты действия. (A) Ступени напряжения и соответствующие изображения пятирукого захвата, совместимо хватающего объект со случайной формой (актуатор без контактов 21 мг; полистирол пенная нагрузка 17,8 мг); (B)общий угол изгиба 4 мм х 20 мм х 150 мкм PTFE на основе приводов зажата между золотыми контактами (18 мм свободной длины) в ответ на треугольный сигнал активации (No 2 V) на различных частотах активации (n'3, ошибка баров представляют собой одно стандартное отклонение среднего); (C и D) типичные электрохимические спектры импеданса электромеханически активных емпитивовых ламинатов (амплитуда сигнала 5 мВRMS); (E) типичная циклическая вольтамметрия емких ламинатов (треугольный актуационный сигнал с использованием скорости 800 мВ/с сканирования, что соответствует 0,1 Гц точек в B). Серые линии на циклических voltammograms для сравнения и показать ответ от потенциального неисправного актуатора (по сути резистор), который будет внимательно следовать закону Ома. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig5.jpg"> Рисунок 5: Спин-сушка во время мембранного приготовления. (A) схемы установки (B) изображение установки с рамой с подкреплением прилагается. Во время сушки спина центробежная сила направляет остаточный растворитель в мембранном слое к краю рамы. Это может быть полезно для ускорения процесса сушки. Однако, в случае полностью влажных мембран, это может привести к потере активного материала (полимерной и ионной жидкости) и поэтому следует избегать. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig5large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</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

В этой статье описывается быстрый и простой процесс производства ионных электромеханически активных композитных материалов для приводов в биомедицинских, биомиметических и мягких роботизированных приложениях. Основные шаги изготовления, их важность для конечных свойств приводов, а также некоторые из основных методов характеристики описаны в деталях.

Изготовление углеродных ионных электромеханически активных мягких актуаторов

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

Этот протокол описывает изготовление углеродного электромеханически активного материала для биомедицинских и мягких приложений робототехники. Основным преимуществом этого метода является то, что он позволяет воспроизводиться изготовление ионных приводов также в больших количествах. Просмотр этого видео должно дать вам хорошее понимание того, как изготовить и использовать ионные приводы.Протокол разделен на пять этапов. Во-первых, готовится ионно-проводяая мембрана. Затем он покрывается углеродными электродами, к которым прикрепляются коллекторы золотого тока.После разрезания образца в форму, материал готов к использованию. Для начала выбирайте между трехптфейной мембраной, той же мембраной, пропитанной электролитом, или текстильной усиленной мембраной. Каждый вариант приводит к функциональному приводу.Смотрите текст для справки с выбором. Материал готовится с помощью рамы. Возьмите высокий porosity PTFE лист и поместите его над рамой.Тугой и закрепите лист на раме. Будьте осторожны, чтобы не повредить сухую мембрану. Как только мембрана будет готова, перейти к шагу изготовления электрода.Возьмите большую чашку Петри и поместите высокой пористости PTFE лист внутри. Добавьте избыток ионной жидкости. Убедитесь, что весь лист покрыт.После того, как мембрана достаточно пропитанной, удалить избыток с помощью пипетки. Аккуратно поместите мембрану между фильтрующих бумаг, чтобы удалить любую оставшуюся ионическую жидкость, которая не была поглощена листом PTFE. Повторите этот процесс до тех пор, пока лист не будет полупрозрачным, но не влажным.Тугой и закрепите пропитанную мембрану на пластиковой раме. Убедитесь в том, чтобы избежать морщин и складок. Теперь, когда мембрана готова, перейти вперед к шагу изготовления электрода.Возьмите ткань с мелкими инертными волокнами и закрепите ее на раме. Убедитесь в том, чтобы подтянуть его хорошо. Обрезать излишки ткани с помощью ножниц.Аккуратно удалите любые свободные волокна. Работая под дымовой капот, накройте ткань тонким слоем мембранного раствора. Смотрите текст для точного рецепта.Пусть первый слой полностью высохнет. Во-первых, использовать тепловой пушки, а затем тепловой пушки вместе с выделенной установки для ускорения процесса сушки. Избегайте использования слишком высокой скорости вращения на полностью мокрой мембране, так как это может привести к потере активного материала.Для получения более подробной информации можно посмотреть текст. Осмотрите мембрану на подсветку для пинхолов. Продолжайте применять слои покрытия до тех пор, пока не будет получена мембрана без дефектов.Добавьте последующие мембранные слои с крайней осторожностью. Нанесите тонкие слои, как это возможно, и никогда не перейти уже мокрые поверхности в два раза. Нанесите слои с обеих сторон.Таким образом, подкрепление останется в середине композита. Пусть один слой высохнет перед добавлением другого. После получения мембраны, свободной от дефектов, проверьте ее толщину с помощью датчика толщины.В настоящее время она составляет 54 микрометра. В герметичной колбе растворите полимер в растворители, помешивая на ночь при температуре 70 градусов по Цельсию с помощью магнитного мешалки и контролируемой температурой горячей пластины. Смотрите текст для точного рецепта.В другую колбу взвесим углеродный порошок, добавьте ионическую жидкость, растворитель и магнитную полосу для перемешивания. Запечатать колбу и перемешать. После того, как углеродная подвеска гомогенизирована и полимер растворился, исправить или удалить магнитный шарик и залить полимерный раствор в подвеску углерода.Используйте 10 миллилитров растворителя, чтобы удалить остатки полимера со стенок колбы и добавить его в подвеску углерода. Гомогенизировать подвеску с помощью ультразвукового зонда. После этого подвеска готова к использованию или хранению.Заполните резервуар спрей пистолет или воздушная щетка с ацетоном. Сначала проверьте поток на листе бумаги. Убедитесь, что воздушная щетка чиста и свободна от завалов.При хранении подвеска может превратиться в гель. Смешайте его в закрытом сосуде при 70 градусах по Цельсию, чтобы получить жидкость. Заполните резервуар воздушной щетки электродной подвеской.Сначала проверьте поток подвески на листе бумаги. Возьмите подготовленную мембрану. Начните двигаться спрей пистолет, прежде чем начать распылять.Держите пистолет движущихся в прямых ударов. Пусть одна сторона высохнет, прежде чем начать распылять на другой. Спрей до желаемой толщины была достигнута.Аккуратно удалите материал из рамы. Если текстильная усиленная мембрана была использована, то выровнять разрез с волокнами. Вырезать четыре на три сантиметра кусок с помощью металлической линейки и скальпеля.Этот размер разреза наиболее удобен для небольших и средних партий. Тем не менее, это не имеет решающее значение для получения рабочих приводов. Возьмите металлическую трубку или трубу и исправить разрез кусок на нем.Попробуйте перекрыть только около одного миллиметра материала привода с лентой. Возьмите лист мелкого золота на бумаге передачи и разрезать его на четыре на четыре сантиметра штук. Поместите один из них на салфетку.Спрей композитных с тонким слоем клея. Смотрите текст для точного рецепта. Быстро хранить воздушную щетку в вертикальном положении.Roll трубы на сусальное золото в то время как клей еще мокрый. Для прокатки не требуется чрезмерного давления. Удалите передачу и пролонгать бумагу снова, чтобы убедиться, что золото правильно прилагается.Поместите материал высохнуть. После высыхания аккуратно удалите ленту, чтобы выпустить материал из трубы. Очистите трубу ацетоном.Зафиксить материал на трубе, с золотым покрытием стороны, обращенной к трубе. Затем повторите шаги, чтобы прикрепить текущий коллектор на другой стороне тоже. Обратите внимание на стороны, которые были покрыты лентой.Вырежьте прямоугольники или более сложные формы. Образец размером четыре на 20 миллиметров хорош для характеристики. Выровнять длину образца с изогнутым направлением.Мягкий захват должен быть термоформирован в первую очередь. Поместите привод в стеклянную форму флакона, чтобы термоформировать захват в форму. После того, как привод находится внутри формы, поместите их обоих в духовку или использовать инфракрасный свет.Захват помещается между золотыми контактами, золотой стороной, обращенной к активному материалу. Для обработки полезной нагрузки применяются шаги напряжения. Открытие захвата.Закрытие захвата. Подъем полезной нагрузки вручную. Тестирование сцепления.И, наконец, освобождение полезной нагрузки. Клипы Кельвина используются для характеристики. Поместите привод между зажимами и контролировать угол альфа с помощью видеокамеры.В случае треугольного сигнала текущая реакция функционального привода является емкостной. В то время как ответ от неисправного образца внимательно следует Закону Ома и сопротивляется. Используйте сканирующие электронные микроскопии для описания структуры привода.Образцы замораживаются с помощью жидкого азота для получения чистых поперечных сечений. Внимание: Никогда не закройте крышку контейнера с жидким азотом. Наращивание давления может привести к серьезным травмам.Во-первых, заморозить привод на несколько минут в жидком азоте. Затем используйте два набора холодных пинцетов, чтобы сломать замороженный образец. Текстильные усиленные приводы могут не выйти на безубыточность в замороженном состоянии.Заморозить скальпель вместе с приводом и нарезать замороженный образец на две части. Это поперечное сечение привода PTFE, показывающее два углеродных электрода, разделенных мембраной PTFE, образующих привод. Ключевым моментом этого метода является включение инертного подкрепления, такого как PTFE, в мембранный слой.Это значительно упрощает производственный процесс и позволяет воспроизводить активные материалы в больших масштабах. Наш метод показывает перспективный путь к промышленному производству ионных приводов.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Изготовление пространственно ограниченных сложных оксидов

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-динамичный Смещение Метод коммутации Улучшение времени в строго Underdamped окантовкой поля электростатических MEMS приводов

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

Изготовление Процесс силиконовой основе диэлектрических эластомеров приводов

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

Свободной формы Легкие Приводы - изготовление и контроль Срабатывание в микроскопическом масштабе

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

Экспериментальное осуществление нового метода составных изготовление: обнажая голые волокна на поверхности композитного методом мягкого слоя

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

Изготовление мягких пневмосети приводы с наклонной камеры

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

Изучая большой амплитуды колебательной сдвиг ответ из мягких материалов

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

Контроль скорости потока microtubule основе 3D активных жидкостей с использованием температуры

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

Быстрое производство тонких мягких пневматических актуаторов и роботов

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

Моделирование и экспериментальный анализ одновального коаксиального моторно-насосного агрегата в электрогидростатических приводах

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