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

Yazarlar yararlı tartışmalar için Philips Araştırma Ron Hovenkamp ve Marcel Mulder teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma kısmen Estonya Eğitim ve Araştırma Bakanlığı'nın IUT (IUT 20-24) kurumsal araştırma fonu tarafından desteklenmiştir. Estonya Araştırma Konseyi hibe (PUT1696), Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu tarafından, program Mobilitas Pluss (Grant No MOBTP47), Marie Skłodowska-Curie hibe anlaşması No 793377 (BIOACT) altında Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 araştırma ve yenilik programı tarafından ve proje IMPACT-MII tarafından , bir EIT Sağlık yenilik projesi. EIT Health, Avrupa Birliği'nin bir kuruluşu olan EIT tarafından desteklenir.

<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>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Çeşitli aktüatör uygulamaları için iyonik elektromekanik olarak aktif kompozit hazırlama ve enerji depolama, hasat33 veya algılama34 uygulama için küçük değişiklikler için basit, hızlı, tekrarlanabilir ve çok yönlü bir üretim yöntemi sunduk. Mevcut yöntem, entegre pasif ve kimyasal olarak inert bileşenli membranlara odaklanır (örneğin, tekstille güçlendirilmiş polimer ağ veya son derece gözenekli Teflon membran, ayrıca bkz. Şekil 3)çünkü bu membranlar aktüatör hazırlama işlemini büyük ölçekte de önemli ölçüde basitleştirir. Ayrıca, ortaya çıkan membranlar, elektrot süspansiyonundaki çözücüler (veya elektrolit) veya diğer birçok ortak aktüatör üretim yöntem ve malzemeye göre kısa devre hotspot oluşumu nedeniyle daha düşük şişme ve bükülme riskine sahiptir.
Kapasitif aktüatör laminat hazırlığındaki kritik adımlar membran hazırlama, elektrot imalatı, akım kolektörü eki, kesme ve kontaktlamadır (Şekil 2). Bu adımların her biri özelleştirme ve performans optimizasyonu için değil, aynı zamanda hatalar için de yer bırakır. Aşağıdaki bölümde bu üretim yönteminin yararlı modifikasyonları ve sorun giderme stratejileri ayrıntılı olarak ele alınacaktır. Akılda tutulması gereken birkaç önemli yönün etkileşiminden kaynaklanan yüksek performanslı kompozit sonuçlar: elektrot boyunca yeterli elektronik iletkenlik (karbon elektrotlara altın akım toplayıcısı ekleyin); membran üzerinden yeterli iyonik iletkenlik (ince gözenekli membran ve düşük viskozitli elektrolit yeterli miktarda kullanın, inert bir polimer ağ kullanarak membran ve elektrolit arasındaki olumsuz etkileşimriskini azaltmak); elektrotun yüksek yüzey alanı (uygun bir karbon türü seçin); elektrotların asimetrik şişmesi/daralması ile sonuçlanan özel elektrolitler (uygun bir elektrolit seçin); mekanik parametreler (Young'ın modülerbileşenleri). Yüksek performanslı karbon bazlı aktüatörün bu ana yönleri de Şekil 1B'devurgulanmıştır.
Yüksek performanslı membran bu kompozitin merkezi parçasıdır. İki görevi vardır: elektrotlar arasında elektron iletkenliğini (kısa devreleri) önlerken yüksek iyonik iletkenliği sağlar. Membranda yapılan değişiklikler, Must ve ark.24 tarafından tanıtılan takım entegrasyonu veya yeni özelliklerin eklenmesi (örn. biyouyumluluk, biyolojik bozunabilirlik veya farklı mekanik özellikler) gibi çeşitli amaçlara hizmet edebilir. Mevcut üretim yöntemi aktif laminat yeni özellikler tanıtmak için membran diğer polimerler ve elektrolitler kullanmak için değiştirilebilir. Tekstil takviyeli aktüatörler için burada tanıtılan çözücü seçim stratejisi gibi, membran hazırlama ile karşılaştırıldığında sonraki elektrot imalatı için daha yoksul çözücüler seçmek için tavsiye edilir. Bu membran elektrotlar ilave sonra da fonksiyonel ve bozulmamış kalmasını sağlar.
Son kompozitin aktüasyon performansı seçilen elektrot materyalinden (karbon), elektrolitten ve muhtemelen birbirleriyle uyumluluklarından etkilenir. Bu protokol, bor karbür kaynaklı karbon ve 1-etilimiyezolium trifloromethanesulfonat ([EMIM][OTf]) iyonik sıvı kullanılarak karbon bazlı kapasitif laminatların imalatını tanıtır. Ancak, aynı protokol diğer kaynaklardan karbür türetilmiş karbonlar gibi diğer yüksek spesifik yüzey alanı karbon malzemeleri, uyarlanabilir (örneğin, TiC35, SiC veya Mo2C36), karbon nanotüpler8,37, karbon aerogel38 veya grafen39, ve diğerleri, aynı zamanda son zamanlarda gözden40. Ayrıca, diğer elektrolitler de aktüatör hazırlanmasında kullanılabilir. İşlevsel kompozit elde etmek, bu protokolde sunulan karbon ve iyonik sıvı türleri ile sınırlı değildir. Karbon parçacık boyutu, elektrot süspansiyonundaki olası aglomerasyonları ve süspansiyon viskozitesi püskürtme kaplama işlemi için daha önemli parametrelerdir.
Bu yöntem, elektromekanik olarak aktif laminat malzemenin büyük miktarlarda tekrarlanabilir özelliklere sahip üretimini mümkün kılmasını sağlar. Bu malzemeden yapılmış aktüatörlerin minyatürleştirilmesi esas olarak yüksek hassasiyetli kesim kullanılarak gerçekleştirilir (örneğin, Şekil 3C). Maskeleme ve desenleme gibi ince yapıların hazırlanması için alternatif yöntemler, sprey kaplama41sırasında mümkündür. Ayrıca, milimetre ölçekli yapılar da sonraki altın akım toplayıcı eki adım desenli olabilir. Ancak, milimetrenin altında ölçekte bu oldukça zor olabilir. Desenlenebilir özellikler mikrometre ölçeğinde olması gerekiyorsa, altın akım kollektörleri olmayan diğer aktüatörler veya karbon bazlı aktüatör türleri daha kolay hazırlanabilir.
Elektriksel uyaranlara yanıt veren intrinsically yumuşak aktüatörler yumuşak ve uyumlu doğası, sessiz çalışma ve düşük gerekli voltaj seviyeleri sayesinde birçok avantaja sahiptir. Geçerli protokol, bu tür malzemelerin daha büyük miktarlarda ve yüksek toplu iş ve toplu işlem performansından ödün vermeden toplu olarak nasıl üretilebildiğini gösterir. Başarılı toplam kapsülleme yaklaşımlarına ek olarak yakın veya içeride yaşayan organizmaların çalışmasını sağlayacak daha biyo-dostu ve muhtemelen biyo-bozunabilir bileşenleri de dahil etmek için mevcut yöntemde yapılan değişiklikler ve tanıtılan aktif materyalin yumuşak robotik veya biyomedikal cihazlara entegrasyonu gelecek için öngörülmektedir.

İonik elektromekanik olarak aktif polimer veya polimerik kompozitler, farklı yumuşak robotik ve biyomimetik uygulamalara artan ilgi alan özünde yumuşak ve uyumlu malzemelerdir (örn. aktüatörler, kavrayıcılar veya biyoilham verici robotlar1,2). Malzeme Bu tür onları geleneksel elektronik ve güç kaynakları ile entegre kolaylaştırır birkaç volt aralığında elektrik sinyalleri yanıtverir 3. Iyonik aktüatör baz malzemeleri birçok farklı türleri mevcuttur, ayrıntılı olarak başka bir yerde açıklandığı gibi4, ve yine çok yakınzamanda 5. Ayrıca, özellikle son zamanlarda yumuşak robotik cihazların geliştirilmesi çok yakından ilgili aktif malzemeler vebileşenleri6 için gelişmiş üretim süreçlerinin geliştirilmesi ile ilgili olacağını vurgulanmıştır. Ayrıca, laboratuvardan sanayiye geçme potansiyeline sahip tekrarlanabilir aktüatörlerin hazırlanmasında etkin ve köklü bir proses akışının önemi de önceki yöntem tabanlı çalışmalarda vurgulanmıştır7.
Son yıllarda, birçok üretim yöntemleri geliştirilmiş tiratörler (örneğin, katman katman döküm8 ve sıcak-basarak9,10, emprenye azaltma11, boyama12,13, veya fışkırtma ve sonraki elektrokimyasal sentez14,15, mürekkep püskürtme16 ve spin kaplama17; bazı yöntemler daha evrenseldir ve bazıları malzeme seçimi açısından diğerlerinden daha sınırlayıcıdır. Ancak, mevcut yöntemlerin çoğu oldukça karmaşık ve / veya daha laboratuvar ölçekli imalat için uygundur. Mevcut protokol, düşük toplu iş-parti ve parti içi değişkenlik ve uzun bir aktüatör ömrü18ile aktif laminatlar üretmek için hızlı, tekrarlanabilir, güvenilir, otomatik ve ölçeklenebilir aktüatör üretim yöntemine odaklanır. Bu yöntem biyoilham uygulamaları yeni nesil için yüksek performanslı aktüatörler geliştirmek için malzeme bilim adamları tarafından kullanılabilir. Ayrıca, bu yöntemi değişiklik yapmadan takip etmek, yumuşak robot mühendisleri ve öğretmenlerine yeni cihazların geliştirilmesi ve prototiplemesi veya yumuşak robotik kavramlarının öğreticisi için aktif bir malzeme sağlar.
İonik elektromekanik olarak aktif polimer veya polimerik aktüatörler genellikle iki veya üç katmanlı laminar kompozitlerden oluşur ve birkaç volt aralığında elektriksel uyarılmaya yanıt olarak eğilirler(Şekil 1). Bu bükme hareketi elektrot katmanlarındaki şişme ve daralma etkilerinden kaynaklanır ve genellikle elektrotlar üzerindeki faradaik (redoks) reaksiyonlar (örneğin, iletken polimerler gibi elektromekanik aktif polimerler (EAP'ler) veya çift katmanlı kapasitif şarj (örneğin, karbon bazlı polimerik elektrotlarda, polimer in sadece bir binder olarak hareket edebilir) tarafından getirilir. Bu protokolde(Şekil 2),ikincisine odaklanırız; elektrotlar arasındaki katyon ve anyonların hareketini kolaylaştıran, elektronlar ve anyonlar arasındaki hareketi kolaylaştıran, elektronlar arasındaki iyonların hareketini kolaylaştıran, elektronlar arasındaki iyon-iletken membranile ayrılan iki yüksek spesifik yüzey alanından oluşan elektromekanik olarak aktif bir kompozitin imalatını gösteriyoruz – süper kapasitörlere çok benzer bir konfigürasyon. Bu tip aktüatör kapasitif şarj/deşarja ve elektrotların ortaya çıkan şişme/daralmaya yanıt olarak bükülerek bükülür ve genellikle katyonların hacim ve hareket kabiliyetindeki farklılıklara atfedilir veelektrolit8,10,19. Yüzey-fonksiyonel karbon aktif malzeme olarak kullanılmadığı veya kapasitif kompozit elektrolitin elektrokimyasal stabilite potansiyeli penceresi dışında kullanılmadığı sürece, bu tip elektrotlarda faradaik reaksiyonların olmaması beklenir20. Faradaik reaksiyonların eksikliği bu aktüatör malzemenin yararlı uzun ömürleri için ana katkıda (yani, hava döngüleri binlerce8,18 farklı kapasitif aktüatörler için gösterilir).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4.jpg"> Şekil 1: Nötr (A) ve aktüel durumda (B) karbon bazlı aktüatörün yapısı. (B) ayrıca iyonik aktüatörün performansını belirleyen temel özellikleri vurgular. Not: şekil ölçek için çizilmez. İyon boyutu, elektrolitin hem anyon hem de katyonların hareket kabiliyetini sağlayan inert bir membran durumunda yaygın olarak kullanılan en yaygın aktüasyon mekanizmasını göstermek için abartmış ve (örn. iyonik sıvı). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig1v4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Tüm üretim süreci boyunca bozulmadan kalan işlevsel bir membran elde etmek başarılı aktüatör hazırlanmasında önemli adımlardan biridir. Bir aktüatör için yüksek performanslı membran mümkün olduğunca incedir ve elektrotlar arasında iyonik iletkenlik sağlarken herhangi bir elektronik iletkenliği engeller. Membrandaki iyonik iletkenlik, elektrolitin durağan gözenekli bir ağla (örneğin, bu protokolde kullanılan yaklaşım) veya kovalent olarak bağlanmış iyonize ünitelerle veya elektrolitle etkileşimi sağlayan diğer gruplarla belirli polimerlerin kullanılmasıyla birleştirilmesinden kaynaklanabilir. Eski yaklaşım burada sadeliği için tercih edilir, elektrolit ve polimer ağ arasındaki özel özel etkileşimler de avantajları olabilir, eğer olumsuz etkileşimler (örneğin, engelleme veya etkileşimler nedeniyle önemli ölçüde iyon hareketi yavaşlatma) ekarte edilebilir. Elektromekanik olarak aktif aktüatörler ve bunların ortaya çıkan aktüasyon mekanizmaları için iyonomerik veya başka bir şekilde aktif membranların geniş seçimi son zamanlarda gözden geçirilmiştir21. Membran seçimi, elektrot seçimine ek olarak, aktüatörün performansında, yaşam süresinde ve aktüasyon mekanizmasında önemli bir rol oynar. Mevcut protokol esas olarak iyon göçü için gözenekli yapı sağlayan inert membranlara odaklanmaktadır (Şekil 1'degösterildiği gibi), protokolün bazı bölümleri (örneğin, membran seçeneği C) aktif membranlar için de yararlı olabilir.
Membran malzeme seçimine ek olarak, onun üretim yöntemi de kompozit için fonksiyonel bir ayırıcı elde önemli bir rol oynar. Daha önce kullanılan döküm membranlar daha sonra sıcak presleme adım sırasında erime eğilimindedir ve bu nedenle kısa devre hotspotsoluşabilir 22. Ayrıca, ticari iyonomerik membranlar (örneğin, Nafion) daha sonraki üretim adımlarında kullanılan çözücülere yanıt olarak önemli ölçüde şişme ve toka eğilimindedir12, ve bazı polimerler (örneğin, selüloz23)bazı iyonik sıvılarda bir ölçüde çözünmek için bilinen, muhtemelen üretim sürecinin tekrarlanabilirliği ile ilgili sorunlara neden ve elektrotların kötü tekdüzelik sonuçlanan. Bu nedenle, bu protokol membranda integral pasif ve kimyasal olarak inert bileşene sahip aktüatörlere (örneğin, cam elyafı veya PVDF veya PTFE ile ipek) daha sonraki imalat adımlarında şişme ve bükülmeyi durduran veya kısa devre noktaları oluşturan aktüatörlere odaklanır. Ayrıca, bir inert ve pasif bileşenin eklenmesi üretim sürecini önemli ölçüde kolaylaştırır ve daha geleneksel yöntemlere göre daha büyük toplu iş boyutları sağlar.
Membrana pasif bir takviye nin eklenmesi ilk olarak Kaasik veark. 18 aktüatör üretim sürecinde yukarıda belirtilen sorunları çözmek için. Dokuma tekstil takviyesinin dahil edilmesi (ayrıca Bkz. Şekil 3B ve 3D)araçları aktif kompozit24'e entegre etme veya akıllı tekstil geliştirme yeteneğini daha da tanıtır18. Bu nedenle protokoldeki membran seçeneği C bu tür uygulamalar için daha uygundur. Ancak, minyatüraktörler (milimetrenin altında) durumunda, membrandaki pasif-aktif bileşen oranı giderek daha olumsuz hale gelir ve sipariş edilen bir tekstil takviyesinin eklenmesi aktüatörün performansını ve numuneden numuneye tekrarlanabilirliğini olumsuz etkilemeye başlayabilir. Ayrıca, takviye yönü (boyunca veya çapraz bükme yönü açısından) beklenmedik şekilde daha karmaşık şekilli aktüatörlerin performansını etkileyebilir. Bu nedenle, daha az sıralı ve son derece gözenekli inert yapısı minyatür aktüatörler ve daha karmaşık aktüatör şekiller için daha yararlı olacaktır.
Politetrafloroetilen (PTFE, ayrıca ticaret adı Teflon altında biliyorum) en inert polimerler bugüne kadar biliyorum. Genellikle yüksek hidrofobik, ancak hidrofilik hale getirilir yüzey tedavi sürümleri var, hangi daha kolay aktüatör imalatı nda kullanılabilir. Şekil 3A, bu protokolde aktüatör hazırlanmasında kullanılan inert hidrofilik PTFE filtrasyon membranının rasgele yapısını göstermektedir. Minyatür aktüatörlerin veya karmaşık şekillerin kesilmesiiçin yararlı olan her yöne bu malzemenin tekdüzeliğine ek olarak, kontrollü gözenekli ticari bir filtrasyon membranı kullanmak, neredeyse herhangi bir membran hazırlama ihtiyacını ortadan kaldırarak aktüatör üretim sürecini daha da kolaylaştırır. Ayrıca, daha önce açıklanan tekstil takviyeli konfigürasyonda 30 μm'ye kadar düşük membran kalınlıklarında elde edilmesi son derece zordur. Bu nedenle, ptfe tabanlı aktüatör üretim yöntemleri (a ve B seçenekleri) bu protokolden çoğu durumda tercih edilmelidir, daha fazla seçenek A daha hızlı olduğunu göz önünde bulundurarak, ancak b seçeneği kullanılarak yapılan aktüatörler daha büyük suşları gösterir (Şekil 4B'desunulan frekans aralığında). Temsili sonuçlar bölümünde tanıtılan yumuşak kavrayıcı da ilk olarak elektrolitle ıslatılmış PTFE membrankullanılarak hazırlanmıştır.
Fonksiyonel bir membran hazırlandıktan sonra protokol elektrot hazırlama ve akım kolektör eki ile devam etmektedir. Karbon bazlı elektrotlar sprey kaplama kullanılarak eklenir – ortaya çıkan elektrot tabakası kalınlığı üzerinde yüksek kontrol sağlayan endüstriyel olarak kurulmuş bir prosedür. Daha düzgün elektrotlar sprey kaplama ile, örneğin, döküm yöntemi (ya da muhtemelen diğer sıvı yöntemler) nerede film kurutma sırasında karbon parçacıklarının sedimantasyon25 meydana bilinmektedir karşılaştırılır. Ayrıca, sunulan üretim yönteminin bir diğer özelliği de tekstil takviyeli membranlarda en önemli olan çözücü seçim stratejisine dayanır. Daha doğrusu, 4-metil-2-pentanone (elektrot süspansiyon ve tutkal çözeltisi çözücü) tekstil takviyeli membran çözeltisi kullanılan inert membran takviye veya PVDF çözülmez. Bu nedenle, püskürtme kaplama sırasında kompozit kısa devre hotspots oluşturma riski daha da azalır.
Kapasitif laminat karbon elektrotlar uygulamasından sonra zaten aktiftir. Ancak, altın akım kollektörleri uygulaması ile büyüklük daha hızlı aktüatörler26 elde edilir. Protokoldeki bir diğer önemli adım da, ilgili elektrot gerilmiş durumdayken (yani kompozit bükülmüş) akım toplayıcılarının bağlanmasıdır. Bu nedenle, aktüatör nötr düz durumda, altın yaprak milimetrenin altında düzeyde bükülmüş olacaktır. Bu tamponlama-by-buckling27 yaklaşım aksi takdirde ince bir (~ 100 nm) metal levha için mümkün olacağını daha kırılmadan daha yüksek deformasyonlar sağlar.
Tüm aktüatör üretim basamakları (membran hazırlama, elektrot püskürtme, akım kolektör eki) şekil 2'deözetlenmiştir. Performans karakterizasyonu gösterimi için, rasgele bir yüzey dokusuna sahip rasgele şekilli bir nesneyi uyumlu bir şekilde kavrayan, tutan ve serbest bırakan bir kavrayıcı hazırladık. Aktif malzemeden kesilmiş ve cantilever pozisyonunda kenetlenmiş 1:4 veya daha yüksek en boy oranına sahip dikdörtgen numuneler (örn. 4 mm ila 20 mm, hatta 1 mm ila 20 mm28)gibi daha basit geometriler, malzeme karakterizasyonu veya bükme tipi davranışı kullanan diğer uygulamalar için de çok tipiktir.
Makale, daha basit dikdörtgen aktüatör geometrisini kullanarak tipik iyonik elektromekanik aktif kapasitif malzeme karakterizasyonu ve sorun giderme tekniklerine kısa bir giriş ile sona erer. Aktüatör materyalini daha ayrıntılı olarak karakterize etmek ve gidermek için döngüsel voltammetri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) gibi yaygın elektrokimyasal karakterizasyon tekniklerinin nasıl kullanılacağını gösteriyoruz. Kompozitin milimetre-altı düzeyinde görselleştirilmesi, numuneleri hazırlamak için kriyo-kırma tekniğini kullandığımız taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak yapılır. Malzemenin polimerik yapısı, sadece düzenli kesim ile net kesitler elde etmeyi zorlaştırır. Ancak, dondurulmuş numuneleri kırmak iyi tanımlanmış kesitler ile sonuçlanır.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4.jpg"> Şekil 2: Üretim sürecine genel bakış. En önemli adımlar vurgulanır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig2v4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</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

İonik elektromekanik olarak aktif kapasitif laminatlar elektriksel uyarıma yanıt olarak hareket eden bir akıllı malzeme türüdür. Bu deformasyonun yumuşak, uyumlu ve biyomimetik yapısı nedeniyle laminattan yapılan aktüatörler yumuşak robotik ve (biyo) tıbbi uygulamalara giderek artan bir ilgi göstermiş dir. Ancak, aktif malzemeyi büyük (hatta endüstriyel) miktarlarda ve yüksek toplu iş ve toplu tekrarlanabilirlik ile kolayca imal etme yöntemleri, bilgiyi laboratuvardan sanayiye aktarmak için gereklidir. Bu protokol, iyonik karbon bazlı elektromekanik aktif kapasitif laminatların imalatı ve bunların yapımı aktüatörlerin hazırlanması için basit, endüstriyel olarak ölçeklenebilir ve tekrarlanabilir bir yöntemi tanımlar. Pasif ve kimyasal olarak çözünmez (çözünmez) bir orta tabakanın (örneğin, tekstille güçlendirilmiş polimer ağ veya mikro gözenekli Teflon) dahil edilmesi yöntemi diğerlerinden ayırır. Protokol beş adıma ayrılmıştır: membran hazırlama, elektrot hazırlama, akım kolektör eki, kesme ve şekillendirme ve harekete geçme. Protokol sonuçlarının ardından, örneğin, makalede gösterildiği gibi rasgele şekilli bir nesneyi uyumlu bir şekilde kavrayabilen ve tutabilen etkin bir malzeme elde edilir.

Başarılı ve başarısız bir deneyi ayırt etmek için birincil bitiş noktası, malzemenin bir güç kaynağına temas edildikten sonra elektrik sinyallerine verdiği tepkidir. Elektrik mühendisliğinde bakır, temas yapmak için iyi bilinen bir malzemedir. Ancak, bakır da elektrokimyasal olarak aktif ve bu nedenle burada tanıtılan bir iyonik sistem ile temas yapmak için uygun değildir. Bakır kontakların kullanılması kompozit yoluyla dendrite oluşumuna bağlı kısa devrelere neden olabilir. Ayrıca, malzeme karakterizasyonu durumunda, elektroaktif malzemeden kaynaklanan akımları (ve aktilasyonu) ve bakırın elektrokimyasal aktivitesinden kaynaklanan akımları (ve aktilasyonu) birbirinden ayırmak mümkün değildir29. Daha önce göstermiştir ki, herhangi bir aktif madde olmadan (yani karbon bazlı veya iletken polimer elektrotlar olmadan) aktüasyonun ıslak iyonomer membranlar (örneğin, Nafion) ve sadece bakır terminalleri29olması durumunda mümkündür. Bu nedenle, burada aktif malzeme ile tüm deneyler sadece inert altın kontaklar kullanılarak yapılmıştır.
Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS), kapasitif aktüatör materyalinin kullanımdan önce karakterizasyonu ve sorun giderme için zararsız bir yöntemdir. Şekil 4C ve 4D'deki empedans spektrumları iki elektrot konfigürasyonunda potansiyostat/galvanostat/FRA kullanılarak yakalandı. Numune (20 mm x 4 mm x 150 μm) altın kontaklar arasına yerleştirildi, empedans ölçümü sırasında giriş sinyali genliği 5 mVRMS olarak ayarlandı ve 200 kHz'den 0,01 Hz'e kadar frekanslar tarandı. Şekil 4C ve 4D, sırasıyla yüksek (~300 Ω cm2) veya düşük (~5 Ω cm2)iç direnci olan aktüatörlerden tipik empedans spektrumlarını göstermektedir. Spektrumlar sırasıyla kuru PTFE membranlı bir örnek ve ıslatılmış membranlı başka bir örnek kullanılarak kaydedildi. Malzeme ile daha yüksek iyonik iletkenlik daha hızlı aktüatörler ve muhtemelen aynı aktüasyon frekansında daha fazla deplasman karşılık eğilimindedir (Şekil 4Bbakınız), tüm diğer parametreler (örneğin, mekanik parametreler) değişmeden tutulur ve genel olarak malzeme aktif.
EIS'nin zararsız yapısı özellikle kompozitteki kısa devrelerin tespiti için yararlıdır. Akım protokolüuyarınca hazırlanan aktüatörler durumunda, kısa devreler genellikle aktüatör ün yanlarında bulunan akım kolektör enkazLarından (Bkz. Adım 4.1.1'deki kesme talimatları) veya daha nadiren hatalı bir membran (örneğin, Tekstil takviyeli membrandaki tüm iğne deliklerini kapamadığında Bölüm 1.5'te belirtildiği gibi). Bir rezistans (bu durumda bir kısa devre) bir EIS deneyinn Nyquist arsa üzerinde bir nokta olarak sunulacak. Bu yanıtın gözlemlemesi hatalı bir örneğin belirli bir göstergesidir (bkz. fonksiyonel kapasitif aktüatörlerin referans spektrumları için Şekil 4C ve 4D). Kısa devre örnekleri genellikle harekete geçmez. Ayrıca, bu en sık kalıcı dirençli ısıtma ve kompozit ortaya çıkan erime nedeniyle kalıcı olarak işe yaramaz hale olurdu zaman harekete geçmeye çalıştı.
Fonksiyonel formunda, bu malzeme, imalatında kullanılan özel olarak uyarlanmış elektrolitler sayesinde çift katmanın şarj edilmesi ve boşaltılmasına tepki olarak bükme hareketi gösteren çift katmanlı bir kondansatördür. Siklik voltammetri (CV) elektrokimyada farklı sistemleri incelemek için yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Bir CV deneyi sırasında, çalışan elektrotun potansiyeli (bu durumda aktüatörün elektrotlarından biri) sabit hıza sahip bir karşı elektrot (burada aktüatörün diğer elektrodu) açısından değişir ve sistemden gelen akım tepkisi bir potansiyostat kullanılarak kaydedilir. Kapasitif laminattan tipik bir akım yanıtı Şekil 4E'dever. Numunenin ıslatılmış PTFE membranı ile (4E'dekoyu gri) olan akım tepkisi ideal bir kapasitörünkine benzer: akım elektrot potansiyeline bağlı değildir ve potansiyeli tersine çevirmesi üzerine, akım yönü (ve dolayısıyla işareti) hemen değiştirilir ve bu da (neredeyse) dikdörtgen voltammogramla sonuçlanır. Numunenin başlangıçta kuru bir membranla (4E'depembe) verdiği akım yanıtı, muhtemelen malzemenin yüksek iç direnci nedeniyle bu tetkik hızında daha az ideal kondansatör davranışını göstermektedir (Şekil 4C'deEIS tarafından da kanıtgörüldüğü gibi). Yine de, her iki örnek kompozit kapasitif doğasını göstermektedir. Öte yandan, Şekil 4E'deki açık gri çizgiler, Ohm yasasını yakından takip edecek hatalı örneklerden (örn. kısa devreli örnekler) olası davranışları göstermektedir.
Farklı fonksiyonel aktüatörlerin performansı Şekil 4A ve Şekil 4B'de sunulmuştur. Şekil 4A, 5 parmaklı ısıl biçimlendirilmiş bir aktüatör kavramasının olduğu, voltaj adımlarına yanıt olarak rasgele şekilli bir nesneyi tuttuğu ve serbest kıldığı videodaki anlık görüntüleri gösterir. Basit geometriler genellikle malzeme karakterizasyonu amacıyla kullanılır. Örneğin Şekil 4B, ±2 V arasındaki üçgen gerilim sinyallerine yanıt olarak kuru ve ıslatılmış PTFE membran aktüatörlerinin maksimum bükme açısı28,30'u vurgular. Farklı aktüatör malzemelerini karakterize etmek için, örnekler (4 mm x 20 mm x 150 μm) kantilever pozisyonundaki altın kelepçeler arasına yerleştirildi (aktüasyon için 18 mm serbest uzunluk bırakarak) ve bükme açısı bir video kamera kullanılarak kaydedildi. Alternatif olarak, aktüatör boyunca tek bir noktanın hareketi (örneğin, temaslardan 5 mm) genellikle zaman içinde izlenir ve gerinim farkı hesaplamalarında31,32kullanılır. Video işleme, daha karmaşık olsa da, numunenin tüm bükme profili hakkında daha fazla bilgi verir ve böyle bir ihtiyaç ortaya çıkarsa, daha sonra performansı yeniden analiz etmenizi sağlar. Şekil 4B'deki 0.1 Hz noktası, Şekil 4E'nindöngüsel voltammetri deneylerinde kullanılan sinyalin aynısına karşılık gelir , hem aktüasyon gerilimi hem de aktüasyon frekansı açısından. Karakterizasyon ve harekete geçme için aynı sinyali kullanmak, örneğin, malzemenin kapasitif doğası ve aktüasyon sırasında elektrokimyasal reaksiyonların stabilitesi ve eksikliği hakkında sonuçlar alabilmemi sağlar.
Elektrokimyasal yöntemler (EIS, CV), (tipik olarak) mikrometre düzeyinde aktüatör yapısının görselleştirilmesi (SEM) ve yer değiştirme karakterizasyonu iyonik aktüatörlerin karakterizasyonu ve üretim sürecinin başarısını değerlendirmek için en yaygın yöntemlerdir. Ancak, aktüatörün performansını daha özel bir uygulamada değerlendirmek için yapılan özel denemeler genellikle uygulamaya özgü performansı (örn. yük taşıma yeteneği) değerlendirmek için geliştirilmiştir.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig3.jpg"> Şekil 3: Görüntüleme. Son derece gözenekli PTFE membranını(A)ve aynı membran kullanılarak yapılan bir aktüatörün kesitini gösteren taramalı elektron mikrografları(C). Sem mikrograf, tekstille güçlendirilmiş aktüatörün(D)kesitini ve buna karşılık gelen ipek takviyenin optik fotoğrafını gösteren bir mikrograf (B). SEM kesitleri için numuneler önce sıvı nitrojen kullanılarak kriyo-kırık, metal numune tutucuya monte edilmiş ve daha sonra bir fışkırtıcı kaplama kullanılarak daha iyi tanım için 5 nm altın püskürtüldü. 15 keV ivme geriliminde görüntüleme için bir masa üstü taramalı elektron mikroskobu kullanıldı. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig4.jpg"> Şekil 4: Aktüatörün temsili sonuçları. (A) Voltaj adımları ve beş kollu kavrayıcının rasgele şekilli bir nesneyi uyumlu bir şekilde kavraması (temassız aktüatör 21 mg; polistiren köpük yükü 17.8 mg); (B) 4 mm x 20 mm x 150 μm PTFE esaslı aktüatörlerin toplam bükme açısı, farklı aktüasyon frekanslarında üçgen aktüasyon sinyaline (±2 V) yanıt olarak altın kontaklar (18 mm serbest uzunluk) arasında kenetlenmiş (n=3, hata çubukları ortalamanın standart bir sapmasını temsil eder); (C ve D) elektromekanik olarak aktif kapasitif laminatların tipik elektrokimyasal empedans spektrumları (5 mVRMS sinyal genliği); (E) kapasitif laminatların tipik döngüsel voltammetrisi (B'deki0,1 Hz noktalarına karşılık gelen 800 mV/s tcan hızı kullanılarak üçgen aktüasyon sinyali). Döngüsel voltammogramlar üzerinde gri çizgiler karşılaştırma için ve potansiyel bir hatalı aktüatör (aslında bir direnç) yakından Ohm yasa takip edecek yanıt göstermektedir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61216/61216fig5.jpg"> Şekil 5: Membran hazırlama sırasında spin-kurutma. (A) kurulum şemaları (B) takviye ekli bir çerçeve ile kurulum görüntü. Spin kurutma sırasında, santrifüj kuvveti membran tabakasındaki artık çözücüyu çerçevenin kenarına yönlendirir. Bu kurutma işlemini hızlandırmak için yararlı olabilir. Ancak, tamamen ıslak membranlar durumunda, bu aktif malzeme kaybına neden olabilir (polimer ve iyonik sıvı) ve bu nedenle kaçınılmalıdır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61216/61216fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</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

Bu makalede, biyomedikal, biyomimetik ve yumuşak robotik uygulamalarında aktüatörler için iyonik elektromekanik olarak aktif kompozit malzemelerin hızlı ve basit bir üretim süreci açıklanmaktadır. Önemli üretim adımları, aktüatörlerin nihai özellikleri için önemi ve bazı ana karakterizasyon teknikleri ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

Karbon Bazlı İonik Elektromekanik Aktif Yumuşak Aktüatörlerin İmalatı

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

Bu protokol, biyomedikal ve yumuşak robotik uygulamaları için karbon bazlı elektromekanik aktif malzeme nin imalatını açıklamaktadır. Bu yöntemin en büyük avantajı, iyonik aktüatörlerin tekrarlanabilir bir şekilde üretilmesini de büyük miktarlarda sağlamasıdır. Bu videoyu izlemek nasıl imal ve iyonik aktüatörler kullanmak için iyi bir anlayış vermelidir.Protokol beş adıma ayrılmıştır. İlk olarak, iyon iletken bir membran hazırlanır. Daha sonra altın akım kolektörleri bağlı olduğu karbon bazlı elektrotlar ile kaplıdır.Numune yi şekle böldükten sonra malzeme kullanıma hazırdır. Başlamak için, bir tri-PTFE membran, elektrolit batırılmış aynı membran veya tekstil takviyeli membran arasında seçim yapın. Her seçenek işlevsel bir aktüatör ile sonuçlanır.Seçimle ilgili yardım için metne bakın. Malzeme bir çerçeve kullanılarak hazırlanır. Yüksek gözeneklilikTE PTFE levha alın ve çerçeve üzerine yerleştirin.Taut ve çerçeve üzerinde levha bağlayın. Kuru membrana zarar vermemeye dikkat edin. Membran hazır olduğunda, elektrot üretim adımına atlayın.Büyük bir Petri kabı alın ve içine yüksek gözeneklilikTE PTFE levha yerleştirin. Iyonik sıvı fazlaekleyin. Tüm sayfanın kapalı olduğundan emin olun.Membran yeterince ıslatıldıktan sonra, bir pipet kullanarak fazlalığı çıkarın. PTFE levha tarafından emilmemiş kalan iyonik sıvıyı çıkarmak için membranı filtre kağıtları arasına dikkatlice yerleştirin. Bu işlemi, sayfa yarı saydam olana ancak ıslak olmayana kadar tekrarlayın.Gergin ve plastik bir çerçeve üzerinde ıslatılmış membran bağlayın. Herhangi bir kırışıklık ve kıvrımları önlemek için emin olun. Şimdi membran hazır olduğuna göre, elektrot üretim adımına geçin.İnce inert lifleri ile bir kumaş alın ve bir çerçeve üzerine bağlayın. İyi denediğinden emin ol. Herhangi bir fazla kumaşı makasla kırpın.Dikkatlice herhangi bir gevşek lifleri kaldırın. Duman kaputunun altında çalışırken, kumaşı ince bir membran çözeltisi tabakası ile kaplayın. Tam tarifi için metin bakın.İlk tabaka tamamen kurusun. İlk olarak, kurutma işlemini hızlandırmak için özel bir kurulum ile birlikte ısı tabancası ve daha sonra ısı tabancası kullanın. Aktif malzeme kaybına neden olabileceğinden, tamamen ıslak bir membranda çok yüksek bir dönüş hızı kullanmaktan kaçının.Daha fazla ayrıntı için metne bakın. İğne delikleri için arka ışığa karşı membran ı kontrol edin. Hatasız bir membran elde edilene kadar kaplama tabakalarını uygulamaya devam edin.Son derece dikkatli sonraki membran katmanları ekleyin. Mümkün olduğunca ince tabakalar uygulayın ve zaten ıslak yüzeylerin üzerinden asla iki kez geçmeyin. Her iki tarafa da katmanuygulayın.Bu şekilde, takviye kompozitin ortasında kalacaktır. Başka bir eklemeden önce bir tabaka kuruolsun. Bir defektsiz membran elde edildikten sonra, kalınlığını bir kalınlık göstergesi kullanarak kontrol edin.Şu anda 54 mikrometredir. Kapalı bir şişede, manyetik karıştırıcı ve sıcaklık kontrollü bir sıcak plaka kullanarak bir gecede 70 santigrat derece karıştırarak çözücü polimer çözünür. Tam tarifi için metin bakın.Başka bir şişe içine, karbon tozu tartmak, iyonik sıvı, çözücü ve manyetik karıştırma çubuğu ekleyin. Şişeyi kapatın ve karıştırın. Karbon süspansiyonu homojenize edildikten ve polimer çözüntükten sonra manyetik boncuk onarı düzeltin veya çıkarın ve polimer çözeltiyi karbon süspansiyonuna dökün.Şişe duvarlarından polimer kalıntısını çıkarmak ve karbon süspansiyonuna eklemek için 10 mililitre çözücü kullanın. Ultrasonik prob kullanarak süspansiyon homojenize. Bundan sonra, süspansiyon kullanıma veya depolamaya hazırdır.Sprey tabancasının veya hava fırçasının haznesini asetonla doldurun. Önce bir kağıt parçası üzerinde akışı test edin. Hava fırçasının temiz ve tıkanıklıklardan arındığından emin olun.Depolama sırasında süspansiyon jele dönüşebilir. Sıvı elde etmek için 70 santigrat derecede kapalı bir kapta karıştırın. Hava fırçasının haznesini elektrot süspansiyonuyla doldurun.Önce bir kağıt parçası üzerinde süspansiyon akışını test edin. Hazırlanan membranı alın. Püskürtmeye başlamadan önce püskürtme tabancasını hareket ettirmeye başlayın.Silahı düz vuruşlarda hareket ettirin. Diğer insprey başlamadan önce bir tarafı kurumaya bırakın. İstenilen kalınlığa ulaşılına kadar püskürtün.Malzemeyi dikkatlice çerçeveden çıkarın. Tekstil takviyeli membran kullanılmışsa, o zaman lifler ile kesim hizalayın. Bir metal cetvel ve bir neşter kullanarak üç santimetre lik bir parça yıkın.Bu kesim boyutu, küçük ve orta ölçekli toplu iş için en uygundur. Ancak, çalışan aktüatörlerin elde edilmesi için çok önemli değildir. Bir metal tüp veya boru alın ve üzerinde kesilmiş parça düzeltmek.Aktüatör malzemesinin yalnızca bir milimetresini bantla çakıştın. Transfer kağıdına bir yaprak ince altın alın ve dört santimetre lik parçalarhalinde kesin. Birini kağıt mendilin üzerine koy.Sprey tutkal ince bir tabaka ile kompozit. Tam tarifi için metin bakın. Hızlı bir şekilde mağaza hava fırçadik.Tutkal hala ıslak iken altın varak üzerinde boru rulo. Haddeleme için aşırı basınç gerekmez. Transferi çıkarın ve altın düzgün bağlı olduğundan emin olmak için tekrar doku kağıt üzerinde rulo.Malzemeyi kurumaya yerleştirin. Kurutuldıktan sonra, malzemeyi borudan çıkarmak için bandı dikkatlice çıkarın. Boruyu asetonla temizleyin.Boru üzerindeki malzemeyi sabitle, boruya bakan altın kaplı tarafı. Daha sonra diğer tarafta da geçerli toplayıcı takmak için adımları tekrarlayın. Bantla kaplanmış kenarlar dikkat edin.Dikdörtgenleri veya daha karmaşık şekilleri kesin. Dört ila 20 milimetrelik bir örnek karakterizasyonu için iyidir. Örnek uzunluğunu kıvrımlı bir yönde hizala.Yumuşak kavrayan önce Termoforasyonal olmalıdır. Kavrayıcıyı şekle sokmak için aktüatörü cam şişe kalıbına yerleştirin. Aktüatör kalıbın içine girdikten sonra, ikisini de fırına koyun veya kızılötesi ışığı kullanın.Kavrayatçı altın kontaklar arasına yerleştirilir, aktif malzemeye bakan altın tarafı. Yükü işlemek için voltaj adımları uygulanır. Kavrayan ı açıyor.Kavrayan kapatıyor. Yükü elle kaldırıyor. Kavramayı test ediyorum.Ve son olarak, yükü serbest bırakıyorum. Kelvin klipleri karakterizasyon için kullanılır. Aktüatörü kelepçeler arasına yerleştirin ve bir video kamera kullanarak açı alfasını izleyin.Üçgen sinyal durumunda, fonksiyonel bir aktüatörün mevcut tepkisi kapasitiftir. Oysa hatalı bir örnekten gelen yanıt Ohm Yasası'nı yakından takip eder ve direnir. Aktüatör yapısını tanımlamak için taramalı elektron mikroskobu kullanın.Örnekler, temiz kesitler elde etmek için sıvı nitrojen kullanılarak dondurularak donduruluyor. Dikkat:Sıvı nitrojen kabının kapağını asla kapatmayın. Basınç birikme ciddi yaralanmalara neden olabilir.İlk olarak, sıvı nitrojen de birkaç dakika aktüatör dondurun. Sonra dondurulmuş örnek kırmak için serin cımbız iki set kullanın. Tekstil takviyeli aktüatörler donmuş durumda bile kırılmayabilir.Aktüatör ile birlikte bir neşter dondurun ve iki parçaya dondurulmuş örnek doğrayın. Bu, ptfe membranı ile ayrılmış ve aktüatörü oluşturan iki karbon elektrot gösteren bir PTFE aktüatörünün kesitidir. Bu yöntemin temel noktası membran tabakasına PTFE gibi inert bir takviye nin eklenmesidir.Bu, üretim sürecini önemli ölçüde kolaylaştırır ve aktif malzemelerin büyük ölçekte tekrarlanabilir şekilde üretilmesini sağlar. Yöntemimiz iyonik aktüatörlerin endüstriyel ölçekli imalatına doğru umut verici bir yol göstermektedir.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Mekansal Kapalı Karmaşık Oksitler Fabrikasyon

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-dinamik Öngerilimlenmesi Yöntem Ciddi Underdamped saçak-alanında Elektrostatik MEMS Eyleyiciler Zaman İyileştirme Anahtarlama

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

Silikon tabanlı Dielektrik Elastomer Aktüatörler Fabrikasyon Süreci

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

Serbest biçimli Işık Aktüatörler - Mikroskobik Ölçeğinde imalat ve çalıştırma Kontrolü

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

Deneysel yeni bir bileşik imalat yöntemi uygulanması: bileşik yüzeyi yumuşak katman yöntemi tarafından çıplak lifleri ortaya

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

Yumuşak Pnömatik ağ aktüatörler eğik Chambers ile imalatı

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

Büyük genlik salınım kesme yanıt yumuşak malzeme eğitim

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

Sıcaklık Kullanarak Mikrotübül Bazlı 3D Aktif Sıvıların Akış Hızlarını Kontrol Etme

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

İnce Yumuşak Pnömatik Aktüatör ve Robotların Hızlı İmalatı

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

Elektrohidrostatik Aktüatörlerde Tek Şaftlı Koaksiyel Motor-Pompa Düzeneğinin Modellenmesi ve Deneysel Analizi

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