Name: sensitivity enhancement of soft capacitive pressure sensors using a solvent evaporation-based porosity control technique
Uploaded: 2023-03-24T14:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Sensitivity Enhancement of Soft Capacitive Pressure Sensors Using a Solvent Evaporation-Based Porosity Control Technique at JoVE.com

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين في إطار Grant 62273304.

1. تصنيع مستشعر الضغط السعوي الناعم بطبقة عازلة PDMS مسامية
<ol><li>تصنيع الطبقة العازلة المسامية PDMS<ol><li>قم بإعداد قالب السكر / الإريثريتول المسامي باتباع الخطوات أدناه.<ol><li>قم بتصفية السكر باستخدام غرابيل العينة بفتحات 270 ميكرومتر و 500 ميكرومتر. اختر السكر بقطر جسيم يتراوح بين 270-500 مي?...

<ol>
	<li>Ozioko, O., 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=SensAct:+The+soft+and+squishy+tactile+Sensor+with+integrated+flexible+actuator.">SensAct: The soft and squishy tactile Sensor with integrated flexible actuator.</a> Advanced Intelligent Systems. 3 (3), 1900145 (2021).</li><li>Qiu, Y., 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=A+biomimetic+drosera+capensis+with+adaptive+decision-predation+behavior+based+on+multifunctional+sensing+and+fast+actuating+capability.">A biomimetic drosera capensis with adaptive decision-predation behavior based on multifunctional sensing and fast actuating capability.</a> Advanced Functional Materials. 32 (13), 2110296 (2021).</li><li>Ntagios, M., Nassar, H., Pullanchiyodan, A., Navaraj, W. T., Dahiya, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+hands+with+intrinsic+tactile+sensing+via+3D+printed+soft+pressure+sensors.">Robotic hands with intrinsic tactile sensing via 3D printed soft pressure sensors.</a> Advanced Intelligent Systems. 2 (6), 1900080 (2019).</li><li>Tang, Z., Jia, S., Zhou, C., Li, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Printing+of+highly+sensitive+and+large-measurement-range+flexible+pressure+sensors+with+a+positive+piezoresistive+effect.">3D Printing of highly sensitive and large-measurement-range flexible pressure sensors with a positive piezoresistive effect.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 12 (25), 28669-28680 (2020).</li><li>Dai, Y., Chen, J., Tian, W., Xu, L., Gao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+PVDF/Au/PEN+multifunctional+flexible+human-machine+interface+for+multidimensional+sensing+and+energy+harvesting+for+the+internet+of+things.">A PVDF/Au/PEN multifunctional flexible human-machine interface for multidimensional sensing and energy harvesting for the internet of things.</a> IEEE Sensors Journal. 20 (14), 7556-7568 (2020).</li><li>Yang, Y., 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=Flexible+piezoelectric+pressure+sensor+based+on+polydopamine-modified+BaTiO3/PVDF+composite+film+for+human+motion+monitoring.">Flexible piezoelectric pressure sensor based on polydopamine-modified BaTiO3/PVDF composite film for human motion monitoring.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 301, 111789 (2020).</li><li>Gao, Y. 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=Wearable+microfluidic+diaphragm+pressure+sensor+for+health+and+tactile+touch+monitoring.">Wearable microfluidic diaphragm pressure sensor for health and tactile touch monitoring.</a> Advanced Materials. 29 (39), 1701985 (2017).</li><li>Meng, 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=Flexible+weaving+constructed+self-powered+pressure+sensor+enabling+continuous+diagnosis+of+cardiovascular+disease+and+measurement+of+cuffless+blood+pressure.">Flexible weaving constructed self-powered pressure sensor enabling continuous diagnosis of cardiovascular disease and measurement of cuffless blood pressure.</a> Advanced Functional Materials. 29 (5), 180688 (2019).</li><li>Yang, J. C., 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=Microstructured+porous+pyramid-based+ultrahigh+sensitive+pressure+sensor+insensitive+to+strain+and+temperature.">Microstructured porous pyramid-based ultrahigh sensitive pressure sensor insensitive to strain and temperature.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 11 (21), 19472-19480 (2019).</li><li>Chen, S., Zhuo, B., Guo, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+area+one-step+facile+processing+of+microstructured+elastomeric+dielectric+film+for+high+sensitivity+and+durable+sensing+over+wide+pressure+range.">Large area one-step facile processing of microstructured elastomeric dielectric film for high sensitivity and durable sensing over wide pressure range.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 8 (31), 20364-20370 (2016).</li><li>Ding, H., 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=Influence+of+the+pore+size+on+the+sensitivity+of+flexible+and+wearable+pressure+sensors+based+on+porous+Ecoflex+dielectric+layers.">Influence of the pore size on the sensitivity of flexible and wearable pressure sensors based on porous Ecoflex dielectric layers.</a> Materials Research Express. 6 (6), 066304 (2019).</li><li>Yoon, J. I., Choi, K. S., Chang, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+means+of+fabricating+microporous+structures+for+the+dielectric+layers+of+capacitive+pressure+sensor.">A novel means of fabricating microporous structures for the dielectric layers of capacitive pressure sensor.</a> Microelectronic Engineering. 179, 60-66 (2017).</li><li>Wang, J., Li, L., Zhang, L., Zhang, P., Pu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+capacitive+pressure+sensors+with+micro-patterned+porous+dielectric+layer+for+wearable+electronics.">Flexible capacitive pressure sensors with micro-patterned porous dielectric layer for wearable electronics.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 32 (3), 034003 (2022).</li><li>Mannsfeld, S. C. B., 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+sensitive+flexible+pressure+sensors+with+microstructured+rubber+dielectric+layers.">Highly sensitive flexible pressure sensors with microstructured rubber dielectric layers.</a> Nature Materials. 9 (10), 859-864 (2010).</li><li>Wan, Y., 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=A+highly+sensitive+flexible+capacitive+tactile+sensor+with+sparse+and+high-aspect-ratio+microstructures.">A highly sensitive flexible capacitive tactile sensor with sparse and high-aspect-ratio microstructures.</a> Advanced Electronic Materials. 4 (4), 1700586 (2018).</li><li>Kwon, D., 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+sensitive,+flexible,+and+wearable+pressure+sensor+based+on+a+giant+piezocapacitive+effect+of+three-dimensional+microporous+elastomeric+dielectric+layer.">Highly sensitive, flexible, and wearable pressure sensor based on a giant piezocapacitive effect of three-dimensional microporous elastomeric dielectric layer.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 8 (26), 16922-16931 (2016).</li><li>Li, W., 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=A+porous+and+air+gap+elastomeric+dielectric+layer+for+wearable+capacitive+pressure+sensor+with+high+sensitivity+and+a+wide+detection+range.">A porous and air gap elastomeric dielectric layer for wearable capacitive pressure sensor with high sensitivity and a wide detection range.</a> Journal of Materials Chemistry C. 8 (33), 11468-11476 (2020).</li><li>Kim, J. O., 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+ordered+3D+microstructure-based+electronic+skin+capable+of+differentiating+pressure,+temperature,+and+proximity.">Highly ordered 3D microstructure-based electronic skin capable of differentiating pressure, temperature, and proximity.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 11 (1), 1503-1511 (2019).</li><li>Lo, L. W., 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=A+soft+sponge+sensor+for+multimodal+sensing+and+distinguishing+of+pressure,+strain,+and+temperature.">A soft sponge sensor for multimodal sensing and distinguishing of pressure, strain, and temperature.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 14 (7), 9570-9578 (2022).</li><li>Hwang, J., Kim, Y., Yang, H., Oh, J. H. <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+hierarchically+porous+structured+PDMS+composites+and+their+application+as+a+flexible+capacitive+pressure+sensor.">Fabrication of hierarchically porous structured PDMS composites and their application as a flexible capacitive pressure sensor.</a> Composites Part B: Engineering. 211, 108607 (2021).</li><li>Jung, Y., 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=Linearly+sensitive+pressure+sensor+based+on+a+porous+multistacked+composite+structure+with+controlled+mechanical+and+electrical+properties.">Linearly sensitive pressure sensor based on a porous multistacked composite structure with controlled mechanical and electrical properties.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 13 (24), 28975-28984 (2021).</li><li>Choi, 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=Synergetic+effect+of+porous+elastomer+and+percolation+of+carbon+nanotube+filler+toward+high+performance+capacitive+pressure+sensors.">Synergetic effect of porous elastomer and percolation of carbon nanotube filler toward high performance capacitive pressure sensors.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 12 (1), 1698-1706 (2020).</li><li>Choi, S. 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=A+polydimethylsiloxane+(PDMS)+sponge+for+the+selective+absorption+of+oil+from+water.">A polydimethylsiloxane (PDMS) sponge for the selective absorption of oil from water.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 3 (12), 4552-4556 (2011).</li><li>Rinaldi, A., Tamburrano, A., Fortunato, M., Sarto, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flexible+and+highly+sensitive+pressure+sensor+based+on+a+PDMS+foam+coated+with+graphene+nanoplatelets.">A flexible and highly sensitive pressure sensor based on a PDMS foam coated with graphene nanoplatelets.</a> Sensors. 16 (12), 2148 (2016).</li></ol>

يقترح هذا العمل طريقة بسيطة تعتمد على تبخر المذيبات للتحكم في المسامية ، وقد أثبتت سلسلة من النتائج التجريبية جدواها. على الرغم من استخدام الهيكل المسامي على نطاق واسع في مستشعر الضغط السعوي المرن ، إلا أن التحكم في المسامية لا يزال بحاجة إلى مزيد من التحسين. على عكس الطرق الحالية لتغيير ح...

في السنوات الأخيرة ، لفتت مستشعرات الضغط المرنة الانتباه بسبب تطبيقها الذي لا غنى عنه في الروبوتات اللينة1،2،3 ، والواجهات اللمسية "بين الإنسان والآلة"4،5 ، ومراقبة الصحة6،7،8. بشكل عام ، تشمل آليات استشعار الضغط مقاومة الضغط1،4،7 ، كهرضغطية 2،6 ، سعوية2،3،9،10،11،12،13 ، و triboelectric8 اجهزه الاستشعار. من بينها ، تبرز مستشعرات الضغط السعوي كواحدة من أكثر الطرق الواعدة في الاستشعار عن طريق اللمس نظرا لحساسيتها العالية ، والحد المنخفض للكشف (LOD) ، إلخ.
للحصول على أداء استشعار أفضل ، تم إدخال العديد من البنى المجهرية مثل الأهرامات الدقيقة2،9،14 ، والأعمدة الدقيقة 15 ، والمسام الدقيقة 9،10،11،12،13،16،17 إلى مستشعرات الضغط السعوي المرنة ، كما تم تحسين طرق التصنيع لزيادة تحسين الاستشعار أداء هذه الهياكل. ومع ذلك ، فإن معظم هذه الهياكل تتطلب مرافق تصنيع دقيقة متطورة ، مما يزيد بشكل كبير من تكاليف التصنيع والصعوبات التشغيلية. على سبيل المثال ، باعتبارها البنية المجهرية الأكثر استخداما في مستشعرات الضغط الناعم ، تعتمد الأهرامات الدقيقة على رقائق Si المحددة بالطباعة الحجرية والمحفورة الرطبة كقالب صب ، الأمر الذي يتطلب معدات دقيقة وبيئة غرف الأبحاثالصارمة 9,14. لذلك ، فإن الهياكل الدقيقة (الهياكل المسامية) التي يمكن تصنيعها عن طريق عمليات تصنيع بسيطة وبمواد خام منخفضة التكلفة مع الحفاظ على أداء الاستشعار العالي قد جذبت اهتماما متزايدا مؤخرا9،10،11،12،13،16،17. سيتم مناقشة هذا ، إلى جانب عيوب تغيير PFA ومقداره ، كدافع لاستخدام طريقة التحكم في الكسور الخاصة بنا.
هنا ، يقترح هذا العمل طريقة بسيطة ومنخفضة التكلفة تعتمد على تقنية تبخر المذيبات لتصنيع مستشعر ضغط سعوي مرن مسامي مع مسامية يمكن التحكم فيها. تتضمن عملية التصنيع الكاملة تصنيع الطبقة العازلة المسامية PDMS ، وطلاء الكشط للأقطاب الكهربائية ، وربط ثلاث طبقات وظيفية. على وجه التحديد ، يستخدم هذا العمل بشكل مبتكر محلول مختلط PDMS / التولوين مع نسبة كتلة معينة لتصنيع طبقة عازلة PDMS المسامية بناء على قالب خليط السكر / الإريثريتول. وفي الوقت نفسه ، يضمن حجم جسيمات PFA الموحد مورفولوجيا المسام وتوزيعها بشكل موحد ؛ وبالتالي ، يمكن التحكم في المسامية عن طريق تغيير نسبة كتلة PDMS / التولوين. أظهرت النتائج التجريبية أنه يمكن تعزيز حساسية مستشعر الضغط المقترح بأكثر من ضعفين عن طريق زيادة نسبة كتلة PDMS / التولوين من 1: 8 إلى 1: 1. يتم تأكيد الاختلاف في سمك جدار المسام الدقيقة بسبب نسب كتلة PDMS / toluene المختلفة أيضا بواسطة صور المجهر الضوئي. يظهر مستشعر الضغط السعوي الناعم المحسن أداء استشعار عاليا مع حساسية ووقت استجابة يبلغ 3.47٪ كيلو باسكال −1 و 0.2 ثانية على التوالي. تحقق هذه الطريقة التصنيع السريع والمنخفض التكلفة وسهل التشغيل لطبقة عازلة مسامية ذات مسامية يمكن التحكم فيها.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd</td>
			<td>X-MAX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printing metarials</td>
			<td>Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd</td>
			<td>3D Printing Filament PLA 1.75 mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon nanotubes (CNTs)</td>
			<td>XFNANO</td>
			<td>XFM13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition (DAQ)</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>USB6002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double side tape</td>
			<td>Minnesota Mining and Manufacturing (3M)</td>
			<td>3M VHB 4910</td>
			<td>1 mm thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode metal mold</td>
			<td>Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd</td>
			<td></td>
			<td>This metal mold is a round metal plate with a flat bottom round groove and an embossed electrode pattern of 0.2 mm thick in the middle of the groove.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erythritol</td>
			<td>Shandong Sanyuan Biotechnology Co.,Ltd.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl Alcohol (IPA)</td>
			<td>Sinopharm chemical reagent Co., Ltd</td>
			<td>80109218</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabVIEW</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>LabVIEW 2019</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LCR meter</td>
			<td>Keysight</td>
			<td>EA4980AL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal wire</td>
			<td>Hangzhou Hongtong WIRE&#38;CABLE Co., Ltd.</td>
			<td>2UEW/155</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>Aosvi</td>
			<td>T2-3M180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Numerical modeling software</td>
			<td>COMSOL</td>
			<td>COMSOL Multiphysics 5.6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Chemical Company</td>
			<td>SYLGAR 184 Silicone Elastomer Kit</td>
			<td>Two parts (base and curing agent)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sealing film</td>
			<td>Corning</td>
			<td>PM-996</td>
			<td>parafilm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Si wafer</td>
			<td>Suzhou Crystal Silicon Electronic &#38; Technology Co.,Ltd</td>
			<td>ZK20220416-03</td>
			<td>Diameter (mm): 50.8 +/- 0.3 
			Type/Orientation: P/100 
			Thickness (&#181;m): 525 +/- 25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver conductive paint</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>12686-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stepping motor</td>
			<td>BEIJING HAI JIE JIA CHUANG Technology Co., Ltd</td>
			<td>57H B56L4-30DB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sugar/erythritol template metal mold</td>
			<td>Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd</td>
			<td></td>
			<td>This metal mold is a 5 mm thick square metal plate with a flat bottom square groove of 2.5 mm deep.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Sinopharm chemical reagent Co., Ltd</td>
			<td>10022819</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sensitivity enhancement of soft capacitive pressure sensors using a solvent evaporation-based porosity control technique

تلعب مستشعرات الضغط الناعم دورا مهما في تطوير الإحساس باللمس "بين الإنسان والآلة" في الروبوتات اللينة والواجهات اللمسية. على وجه التحديد ، تم استكشاف أجهزة الاستشعار السعوية ذات مصفوفات البوليمر ذات البنية الدقيقة بجهد كبير بسبب حساسيتها العالية ونطاقها الخطي الواسع ووقت الاستجابة السريع. ومع ذلك ، فإن تحسين أداء الاستشعار غالبا ما يعتمد على التصميم الهيكلي للطبقة العازلة ، الأمر الذي يتطلب مرافق تصنيع دقيقة متطورة. تشير هذه المقالة إلى طريقة بسيطة ومنخفضة التكلفة لتصنيع مستشعرات الضغط السعوي المسامية ذات الحساسية المحسنة باستخدام الطريقة القائمة على تبخر المذيبات لضبط المسامية. يتكون المستشعر من طبقة عازلة مسامية من البولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS) مرتبطة بأقطاب كهربائية علوية وسفلية مصنوعة من مركبات بوليمر موصلة مرنة (ECPCs). تم تحضير الأقطاب الكهربائية بواسطة أنابيب نانوية كربونية مطلية بالخدش (CNTs) مخدرة PDMS في أفلام PDMS منقوشة بالعفن. لتحسين مسامية الطبقة العازلة لتحسين أداء الاستشعار ، تم تخفيف محلول PDMS بالتولوين من كسور الكتلة المختلفة بدلا من تصفية أو طحن عامل تشكيل مسام السكر (PFA) إلى أحجام مختلفة. سمح تبخر مذيب التولوين بالتصنيع السريع لطبقة عازلة مسامية ذات مسامات يمكن التحكم فيها. تم التأكيد على أنه يمكن تعزيز الحساسية أكثر من ضعفين عندما تم زيادة نسبة التولوين إلى PDMS من 1: 8 إلى 1: 1. يتيح البحث المقترح في هذا العمل طريقة منخفضة التكلفة لتصنيع قوابض روبوتية إلكترونية ناعمة متكاملة تماما مع مستقبلات ميكانيكية حسية ناعمة لمعلمات الاستشعار القابلة للضبط.

تظهر صورة قالب السكر / الإريثريتول المسامي المقطوع في الشكل 3 أ. يوضح الشكل 3B طبقة القطب المرنة بنمط ECPCs المطلي بالكشط. يوضح الشكل 3C مستشعر الضغط السعوي الناعم بطبقة عازلة مسامية ملفقة بالطريقة المقترحة. تم تصنيع أربع طبقات عازلة PDMS...

Watch this Scientific Journal Video about Sensitivity Enhancement of Soft Capacitive Pressure Sensors Using a Solvent Evaporation-Based Porosity Control Technique at JoVE.com

Sensitivity Enhancement of Soft Capacitive Pressure Sensors Using a Solvent Evaporation-Based Porosity Control Technique

يتم تقديم طريقة تصنيع بسيطة وفعالة من حيث التكلفة تعتمد على تقنية تبخير المذيبات لتحسين أداء مستشعر الضغط السعوي الناعم ، والذي يتم تمكينه من خلال التحكم في المسامية في الطبقة العازلة باستخدام نسب كتلة مختلفة من محلول PDMS / التولوين المصبوب.

تعزيز حساسية مستشعرات الضغط السعوي اللينة باستخدام تقنية التحكم في المسامية القائمة على تبخر المذيبات

Soft pressure sensors play a significant role in developing &#34;man-machine&#34; tactile sensation in soft robotics and haptic interfaces. Specifically, ...

اقترحنا طريقة جديدة لتصنيع مستشعر ضغط تنافسي مرن مع أداء يمكن التحكم فيه. يتم تحقيق ذلك عن طريق ضبط جزء كتلة المذيب للتحكم في مسامية الطبقة العازلة. يتم تحسين مستشعر الضغط التنافسي من خلال طريقة تشغيل فعالة من حيث التكلفة وسهلة تتجنب استخدام مرافق التصنيع الدقيق المتطورة.لتصنيع طبقة عازلة PDMS المسامية ، قم بوزن السكر المصفى ومسحوق الإريثريتول بنسبة كتلة من 20 إلى 1 واخلطهما بالتساوي عن طريق الهز. املأ الخليط في قالب معدني من سكر الإريثريتول تم الحصول عليه تجاريا واضغط على السطح لجعل الحشو مضغوطا. سخني الخليط في فرن حراري على حرارة 135 درجة مئوية لمدة ساعتين.بعد التسخين ، اترك الخليط يبرد في درجة حرارة الغرفة قبل إزالة السكر المقطوع. لتصنيع طبقة عازلة PDMS التي يمكن التحكم فيها بالمسامية ، قم بوزن خمسة جرامات من التولوين ، وخمسة جرامات من قاعدة PDMS ، و 0.5 جرام من عامل معالجة PDMs في أنبوب طرد مركزي وحرك المحلول بالتساوي. قم بطرد المحلول عند 875G لمدة 30 ثانية في درجة حرارة الغرفة لإزالة فقاعات الهواء.ضع قالب السكر الإريثريتول المسامي المربع في طبق بتري. أدخل شريطا على الوجهين كفواصل أسفل الزوايا الأربع لرفع القالب عن سطح طبق بتري. صب محلول التولوين PDMS في القالب وقم بإمالة الطبق قليلا لملء جميع الفجوات بين جزيئات السكر.ثم ضع الطبق في مجفف فراغ وديغا لمدة 20 دقيقة. بعد التفريغ ، انقل الطبق من المجفف إلى الفرن عند 90 درجة مئوية لمدة 45 دقيقة لتبخر التولوين ومعالجة PDMS السائل. بعد ذلك ، اغمر PDMS المعالج المضمن في القالب المسامي في الماء منزوع الأيونات.سخنيها على طبق ساخن عند 140 درجة مئوية حتى يذوب قالب السكر تماما ونظف PDMS المسامي بالماء منزوع الأيونات. لتصنيع طبقات القطب المرنة القائمة على ECPCs ، أولا ، قم بتجميع حبر ECPCs عن طريق وزن 0.16 جرام من الأنابيب النانوية الكربونية ، أو CNTs ، وأربعة جرامات من التولوين في دورق. قم بتغطية الدورق بغشاء مانع للتسرب لمنع تبخر المذيبات وحركه مغناطيسيا عند 250 دورة في الدقيقة لمدة 90 دقيقة.قم بوزن جرامين من قاعدة PDMS وجرامين من التولوين في دورق ، وضعه على محرك مغناطيسي عند 200 دورة في الدقيقة لمدة ساعة واحدة. بعد تحضير كلا الحلين ، امزج تعليق التولوين CNTs مع محلول التولوين الأساسي PDMS وقم بتغطية الدورق بفيلم مانع للتسرب. يقلب مغناطيسيا عند 250 دورة في الدقيقة لمدة ساعتين.بعد الخلط ، اكشف عن الدورق وأضف 0.2 جرام من عامل معالجة PDMS في المحلول المختلط. يقلب مغناطيسيا عند 75 درجة مئوية و 250 دورة في الدقيقة لمدة ساعة واحدة. لكشط الأقطاب الكهربائية ، قم بوزن التولوين وقاعدة PDMS وعامل معالجة PDMS في أنبوب طرد مركزي بنسبة كتلة من 2 إلى 10 إلى 1 وحرك المحلول بالتساوي.بعد ذلك ، قم بطرد المحلول عند 875G لمدة 30 ثانية في درجة حرارة الغرفة لإزالة فقاعات الهواء. صب 1.3 جرام من محلول التولوين PDMS في قالب معدني قطب كهربائي تم الحصول عليه تجاريا بنمط قطب كهربائي منقوش. ضع القالب في مجفف فراغ وديغا لمدة 10 دقائق.بعد ذلك ، قم بمعالجة PDMS في القالب على طبق ساخن عند 90 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. بعد التبريد في درجة حرارة الغرفة ، انزع فيلم PDMS المنقوش. قم بتوصيل الجانب المسطح من فيلم PDMS برقاقة السيليكون.قم بتغطية حبر ECPCs في نمط القطب. عالج حبر ECPC على لوح تسخين عند 90 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. لربط وتعبئة المستشعرات السعوية الناعمة ، قم بتوصيل السلك المعدني بالقطب.قم بإسقاط الطلاء الفضي الموصل في موقع التوصيل للحصول على توصيل جيد وانتظر حتى يجف الطلاء الفضي الموصل. قم بإسقاط محلول PDMS على الوصلة لإغلاق الطلاء الموصل الفضي المجفف تماما. عالج PDMS على طبق ساخن عند 90 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة.بعد المعالجة ، كرر الخطوات لتوصيل السلك لطبقات القطب العلوي والسفلي. ضع طبقة رقيقة من PDMS بالتساوي على فيلم القطب كطبقة التصاق للترابط بين القطب والطبقات العازلة. بعد ذلك ، ضع طبقة عازلة PDMS المسامية ملفقة على طبقة القطب.علاج الغراء PDMS عند 95 درجة مئوية لمدة 10 دقائق. ضع طبق بتري زجاجي على PDMS المسامي لضمان ملامسة جيدة بين الطبقتين أثناء التسخين. ضع طبقة رقيقة من PDMS بالتساوي على طبقة القطب الأخرى.بعد ذلك ، اعكس الطبقة العازلة للقطب المستعبدين وضعها على طبقة القطب المفرد الأخرى. بعد محاذاة القطبين ، قم بإنهاء الترابط بين طبقة PDMS المسامية وطبقة القطب الأخرى. لاختبار أداء الاستشعار ، تحكم في المحرك المتدرج لدفع المسافة البادئة للتحرك عموديا بمسافة مبرمجة.سجل السعة وبيانات الضغط القياسية عن طريق زيادة قوة التحميل بنفس الفاصل الزمني في كل دورة تحميل متتالية حتى يصل ضغط التحميل إلى 40 نيوتن. مرة أخرى ، تحكم في المحرك المتدرج وسجل السعة وبيانات الضغط القياسية. كرر اختبارات التحميل والتفريغ لمدة 2،500 دورة أثناء تسجيل سعة الجهاز قيد الاختبار كدالة لقراءة الضغط القياسية.تحكم في المسافة البادئة للضغط لأسفل بسرعة والبقاء ثابتا لبضع ثوان قبل العودة إلى تحميل نيوتن صفر. كرر هذا الإجراء خمس مرات وسجل السعة كدالة للوقت. أظهرت صور المجهر الضوئي للطبقات العازلة المسامية PDMS المصنعة بنسب كتلة مختلفة من PDMS toluene أن سمك جدار المسام انخفض مع زيادة نسبة كتلة محلول التولوين PDMS.أظهر تحليل المحاكاة أن المسامية الأعلى ساهمت في إجهاد ضغط أكبر ، مع تحسن الخطية تحت نفس ضغط الضغط المطبق. أظهر منحنى استجابة ضغط السعة لأجهزة الاستشعار ذات الطبقات العازلة المسامية PDMS مع نسب كتلة التولوين PDMS المختلفة حساسية مختلفة. في نطاق تحميل الضغط من 0 إلى 10 كيلو باسكال ، أظهر المستشعر الذي يحتوي على نسبة كتلة التولوين PDMS واحد إلى واحد حساسية أعلى بمرتين من حساسية المستشعر مع نسبة كتلة التولوين PDMS ثمانية إلى واحد.عند زيادة الضغط ، انخفض حجم مسام الطبقة العازلة تدريجيا ، مما قلل من الحساسية حتى وصلت إلى نفس المستوى لجميع المساميات. يتم عرض الاستجابة السعوية لخمسة اختبارات تحميل وتفريغ متتالية تحت نفس ضغط التحميل البالغ 10 كيلو باسكال. تم العثور على وقت استجابة التحميل ليكون 0.2 ثانية.كشفت الاختبارات الدورية أن المستشعر السعوي الناعم المصنع يتمتع بتكرار ممتاز بعد 2،500 دورة. ستنخفض مسامية الطبقة العازلة PDMS مع زيادة نسبة كتلة التولوين PDMS ، مما سيؤثر على أداء المستشعر.

Research

JoVE Journal

Engineering

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

الصغرى 3D الطباعة باستخدام جهاز عرض رقمي وتطبيقاتها في دراسة ميكانيكا مواد لينة

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

التوليف وMicrodiffraction في الضغوط الشديدة ودرجات الحرارة

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity

الصب بروتوكولات لإنتاج المفتوحة خلية كسوات الألومنيوم من قبل تقنية النسخ المتماثل والتأثير على المسامية

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

كشف واستعادة البلاديوم والذهب والكوبالت المعادن من منجم الحضري عن طريق مجسات رواية / الممتزات مخصصة للمع النانو المسامات على شكل عجلة عربة

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

الانفجار الكمي عن طريق هوبكنسون البارات الضغط

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures ...

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

وقياس الضغط متقلب السطحية باستخدام ميكروفون التحقيق عن بعد

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

الرابطة المذيبات لتصنيع PMMA وCOP أجهزة ميكروفلويديك

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Gain-compensation Methodology for a Sinusoidal Scan of a Galvanometer Mirror in Proportional-Integral-Differential Control Using Pre-emphasis Techniques

منهجية كسب تعويض لمسح خاص بالمنحنى من مرآة الجلفانومتر في النسبي-لا يتجزأ التفاضلية للسيطرة على استخدام تقنيات ما قبل التركيز

Galvanometer mirrors are used for optical applications such as target tracking, drawing, and scanning control because of their high speed and accuracy. ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

دراسة تجربة الكسارة السيفون ومحاكاة لمفاعل للأبحاث

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

دراسة استجابة متذبذبة القص السعة الكبيرة من مواد لينة

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