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

Dette arbeidet ble støttet av National Natural Science Foundation of China under Grant 62273304.

1. Fabrikasjon av den myke kapasitive trykksensoren med et porøst PDMS dielektrisk lag
<ol><li>Produksjon av det porøse PDMS dielektriske laget<ol><li>Forbered den porøse malen for sukker/erytritol ved å følge trinnene nedenfor.<ol><li>Filtrer sukkeret med prøvesikter med blenderåpninger på 270 μm og 500 μm. Velg sukker med en partikkeldiameter i området 270-500 μm. MERK: En større eller mindre sukkerpartikkelstørrelse er også akseptabel så lenge ensartetheten er innenfor toleransegr...

<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>

Dette arbeidet foreslår en enkel metode basert på løsningsmiddelfordampning for å kontrollere porøsiteten, og en rekke eksperimentelle resultater har vist at det er mulig. Selv om den porøse strukturen har blitt mye brukt i den fleksible kapasitive trykksensoren, trenger porøsitetskontrollen fortsatt ytterligere optimalisering. I motsetning til eksisterende metoder for å endre partikkelstørrelsen til PFA 11,12,13,18,19 og forholdet mellom polymersubstrat og PFA <su...

De siste årene har fleksible trykksensorer trukket oppmerksomhet på grunn av deres uunnværlige anvendelse i myk robotikk 1,2,3, "menneske-maskin" haptiske grensesnitt4,5 og helseovervåking 6,7,8. Generelt inkluderer mekanismene for trykkføling piezoresistiv 1,4,7, piezoelektrisk 2,6, kapasitiv 2,3,9,10,11,12,13 og triboelektrisk 8 Sensorer. Blant dem skiller kapasitive trykksensorer seg ut som en av de mest lovende metodene innen taktil sensing på grunn av deres høye følsomhet, lave deteksjonsgrense (LOD), etc.
For bedre sensorytelse har forskjellige mikrostrukturer som mikropyramider 2,9,14, mikrostolper 15 og mikroporer9,10,11,12,13,16,17 blitt introdusert til fleksible kapasitive trykksensorer, og fabrikasjonsmetodene er også optimalisert for å forbedre sensoren ytterligere forestillinger av slike strukturer. Imidlertid krever de fleste av disse strukturene sofistikerte mikrofabrikasjonsanlegg, noe som øker produksjonskostnadene og driftsvanskene betydelig. For eksempel, som den mest brukte mikrostrukturen i myke trykksensorer, er mikropyramider avhengige av litografisk definerte og våtetsede Si-wafere som støpemal, noe som krever presisjonsutstyr og et strengt renromsmiljø 9,14. Derfor har mikroporestrukturer (porøse strukturer) som kan lages ved enkle fabrikasjonsprosesser og med rimelige råvarer samtidig som høye sensoregenskaper opprettholdes, fått økende oppmerksomhet nylig 9,10,11,12,13,16,17 . Dette vil bli diskutert, sammen med ulempene ved å endre PFA og mengden, som motivasjon for å bruke vår fraksjonskontrollmetode.
Her foreslår dette arbeidet en enkel og rimelig metode basert på løsningsmiddel-fordampningsteknikken for å fremstille en porøs fleksibel kapasitiv trykksensor med kontrollerbar porøsitet. Den komplette produksjonsprosessen inkluderer fremstilling av det porøse PDMS dielektriske laget, skrapebelegget av elektrodene og binding av tre funksjonelle lag. Spesielt bruker dette arbeidet innovativt en PDMS / toluen blandet løsning med et visst masseforhold for å fremstille det porøse PDMS dielektriske laget basert på sukker / erytritolblandingsmalen. I mellomtiden sikrer en jevn PFA-partikkelstørrelse ensartet poremorfologi og fordeling; Dermed kan porøsiteten kontrolleres ved å endre PDMS / toluenmasseforholdet. De eksperimentelle resultatene viser at følsomheten til den foreslåtte trykksensoren kan forbedres mer enn to ganger ved å øke PDMS / toluenmasseforholdet fra 1: 8 til 1: 1. Variasjonen i mikroporeveggtykkelsen på grunn av forskjellige PDMS / toluenmasseforhold bekreftes også av optiske mikroskopbilder. Den optimaliserte myke kapasitive trykksensoren viser en høy sensorytelse med en følsomhet og responstid på henholdsvis 3,47% kPa-1 og 0,2 s. Denne metoden oppnår rask, billig og enkel betjening av et porøst dielektrisk lag med kontrollerbar porøsitet.

<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

Myke trykksensorer spiller en viktig rolle i utviklingen av "menneske-maskin" taktil følelse i myk robotikk og haptiske grensesnitt. Spesielt har kapasitive sensorer med mikrostrukturerte polymermatriser blitt utforsket med betydelig innsats på grunn av deres høye følsomhet, brede linearitetsområde og raske responstid. Imidlertid er forbedringen av sensorytelsen ofte avhengig av den strukturelle utformingen av det dielektriske laget, noe som krever sofistikerte mikrofabrikasjonsanlegg. Denne artikkelen rapporterer en enkel og rimelig metode for å fremstille porøse kapasitive trykksensorer med forbedret følsomhet ved hjelp av løsningsmiddelfordampningsbasert metode for å justere porøsiteten. Sensoren består av et dielektrisk lag av porøs polydimetylsiloksan (PDMS) bundet med topp- og bunnelektroder laget av elastiske ledende polymerkompositter (ECPC). Elektrodene ble fremstilt av skrapebeleggende karbonnanorør (CNT) -dopede PDMS-ledende oppslemming til muggmønstrede PDMS-filmer. For å optimalisere porøsiteten til det dielektriske laget for forbedret sensorytelse, ble PDMS-løsningen fortynnet med toluen av forskjellige massefraksjoner i stedet for å filtrere eller male sukkerporedannende middel (PFA) i forskjellige størrelser. Fordampningen av toluenløsningsmidlet tillot rask fremstilling av et porøst dielektrisk lag med kontrollerbare porøsiteter. Det ble bekreftet at sensitiviteten kunne forbedres mer to ganger når forholdet mellom toluen og PDMS ble økt fra 1:8 til 1:1. Forskningen foreslått i dette arbeidet muliggjør en billig metode for å fremstille fullt integrerte bioniske myke robotgripere med myke sensoriske mekanoreceptorer av justerbare sensorparametere.

Fotografiet av den porøse malen for klumpet sukker/erytritol er vist i figur 3A. Figur 3B viser det fleksible elektrodelaget med et skrapebelagt ECPC-mønster. Figur 3C viser den myke kapasitive trykksensoren med et porøst dielektrisk lag fremstilt med den foreslåtte metoden. Fire porøse PDMS dielektriske lag ble fremstilt basert på PDMS / toluenløsninger med forskjellige masseforhold på henholdsvis 1: 1, 3:...

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

En enkel og kostnadseffektiv fabrikasjonsmetode basert på løsningsmiddelfordampningsteknikken presenteres for å optimalisere ytelsen til en myk kapasitiv trykksensor, som er aktivert ved porøsitetskontroll i det dielektriske laget ved bruk av forskjellige masseforhold mellom støping av PDMS / toluenløsning.

Følsomhetsforbedring av myke kapasitive trykksensorer ved hjelp av en løsningsmiddelfordampningsbasert porøsitetskontrollteknikk

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

Vi foreslo en ny metode for å fremstille fleksibel konkurransedyktig trykksensor med kontrollerbar ytelse. Det oppnås ved å justere løsningsmiddelmassefraksjonen for å kontrollere porøsiteten til det dielektriske laget. Optimalisering av konkurransetrykksensoren oppnås ved en kostnadseffektiv og enkel driftsmetode som unngår bruk av sofistikerte mikrofabrikasjonsanlegg.For å produsere det porøse PDMS dielektriske laget, vei filtrert sukker og erytritolpulver med et masseforhold på 20 til 1 og bland dem jevnt ved risting. Fyll blandingen i en kommersielt oppnådd sukker erytritolmetallform og trykk overflaten for å gjøre fyllstoffet kompakt. Varm blandingen i en varmluftsovn ved 135 grader Celsius i to timer.Etter oppvarming, la blandingen avkjøles ved romtemperatur før du fjerner klumpplatesukkeret. For å fremstille det porøsitetskontrollerbare PDMS-dielektriske laget, veier du fem gram toluen, fem gram PDMS-base og 0,5 gram PDM-herdemiddel i et sentrifugerør og rører løsningen jevnt. Sentrifuger oppløsningen ved 875 G i 30 sekunder ved romtemperatur for å fjerne luftbobler.Legg den firkantede porøse malen sukker-erytritol i en petriskål. Sett inn dobbeltsidig tape som avstandsstykker under de fire hjørnene for å løfte malen fra petriskåloverflaten. Hell PDMS toluenoppløsningen i malen og hell parabolen litt for å fylle alle hullene blant sukkerpartiklene.Legg deretter fatet i en vakuumtørker og degas i 20 minutter. Etter avgassing, overfør parabolen fra tørketrommen inn i ovnen ved 90 grader Celsius i 45 minutter for å fordampe toluenet og kurere flytende PDMS. Deretter senker du de herdede PDM-ene som er innebygd i den porøse malen i avionisert vann.Varm på en kokeplate ved 140 grader Celsius til sukkermalen helt oppløses og rengjør den porøse PDMS med avionisert vann. For fremstilling av de fleksible elektrodelagene basert på ECPC, syntetiser først ECPCs blekk ved å veie 0, 16 gram karbonnanorør, eller CNT, og fire gram toluen i et beger. Dekk begeret med tetningsfolie for å forhindre fordampning av løsemiddel og rør magnetisk ved 250 o / min i 90 minutter.Vei to gram PDMS-base og to gram toluen i et begerglass, og legg på en magnetomrører ved 200 o / min i en time. Etter å ha forberedt begge løsningene, bland CNTs toluen-suspensjon med PDMS-basetoluenoppløsningen og dekk begeret med en tetningsfilm. Rør magnetisk ved 250 o / min i to timer.Etter blanding, avdekk begeret og tilsett 0,2 gram PDMS-herdemiddel i den blandede løsningen. Rør magnetisk ved 75 grader Celsius og 250 o / min i en time. For å skrape elektrodene, vei toluen, PDMS-base og PDMS-herdemiddel i et sentrifugerør med et masseforhold på 2 til 10 til 1 og rør løsningen jevnt.Deretter sentrifugerer du oppløsningen ved 875 G i 30 sekunder ved romtemperatur for å fjerne luftbobler. Hell 1,3 gram PDMS toluenoppløsning i en kommersielt oppnådd elektrodemetallform med et preget elektrodemønster. Plasser formen i en vakuumtørker og degas i 10 minutter.Herd deretter PDMS i formen på en kokeplate ved 90 grader Celsius i 15 minutter. Etter avkjøling ved romtemperatur, fjern den mønstrede PDMS-filmen. Fest den flate siden av PDMS-filmen på en silisiumskive.Skrapbelegg ECPC-blekket inn i elektrodemønsteret. Herd ECPCs blekk på kokeplate ved 90 grader Celsius i 15 minutter. For liming og pakking av de myke kapasitive sensorene, fest metalltråden til elektroden.Slipp sølvledende maling på tilkoblingsstedet for god ledningsevne og vent til sølvledende maling tørker. Slipp PDMS-løsningen på tilkoblingen for å forsegle den tørkede sølvledende malingen helt. Cure PDMS på en kokeplate ved 90 grader Celsius i 15 minutter.Etter herding, gjenta trinnene for å koble ledningen til de øvre og nedre elektrodelagene. Påfør et tynt lag PDMS jevnt på elektrodefilmen som et vedheftslag for binding mellom elektroden og dielektriske lag. Deretter plasserer du det porøse PDMS dielektriske laget som er produsert på elektrodelaget.Cure PDMS lim ved 95 grader Celsius i 10 minutter. Legg en petriskål i glass på den porøse PDMS-en for å sikre god kontakt mellom de to lagene under oppvarming. Påfør et tynt lag med PDMS jevnt på det andre elektrodelaget.Deretter reverserer du det limte elektrode-dielektriske laget og plasserer det på det andre enkeltelektrodelaget. Etter å ha justert de to elektrodene, fullfør bindingen mellom det porøse PDMS-laget og det andre elektrodelaget. For å teste sensorytelsen, kontroller trinnmotoren for å drive indentoren til å bevege seg ned vertikalt med en programmert avstand.Registrer kapasitansen og standard trykkdata ved å øke lastekraften med samme intervall i hver påfølgende lastesyklus til lasttrykket når 40 Newton. Igjen, kontroller trinnmotoren og registrer kapasitansen og standard trykkdata. Gjenta laste- og lossetestene i 2.500 sykluser mens du registrerer kapasitansen til enheten under test som en funksjon av standard trykkavlesning.Kontroller indentoren for å trykke raskt ned og forbli stabil i noen sekunder før du går tilbake til null Newton-lasting. Gjenta denne prosedyren fem ganger og registrer kapasitansen som en funksjon av tid. Optiske mikroskopbilder av de porøse PDMS-dielektriske lagene fremstilt med forskjellige PDMS-toluenmasseforhold viste at poreveggtykkelsen ble redusert med et økende masseforhold mellom PDMS-toluenoppløsningen.Simuleringsanalysen viste at en høyere porøsitet bidro til en større trykkbelastning, med forbedret linearitet under samme påførte kompresjonstrykk. Kapasitanstrykkresponskurven til sensorene med porøse PDMS-dielektriske lag med forskjellige PDMS-toluenmasseforhold viste forskjellig følsomhet. I trykkbelastningsområdet 0 til 10 kilopascal viste sensoren med et PDMS toluenmasseforhold to ganger høyere følsomhet enn sensoren med åtte til en PDMS toluenmasseforhold.Ved økt trykk ble det dielektriske lagets porer gradvis redusert i størrelse, redusert følsomhet til det nådde samme nivå for alle porøsiteter. Den kapasitive responsen på fem påfølgende lasting, lossetester under samme lastetrykk på 10 kilopascal er vist. Responstiden for lasting ble funnet å være 0,2 sekunder.De sykliske testene viste at den as-fabrikkerte myke kapasitive sensoren hadde utmerket repeterbarhet etter 2.500 sykluser. Porøsiteten til det dielektriske laget PDMS vil reduseres etter hvert som PDMS-toluenmasseforholdet øker, noe som vil påvirke sensorytelsen.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Micro 3D Printing Ved hjelp av en digital projektor og dens anvendelse i studiet av myke materialer Mechanics

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

Syntese og Microdiffraction ved ekstreme trykk og temperaturer

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

Casting Protokoller for produksjon av Open Cell Aluminum Skum av Replication Teknikk og Effekt på Porøsitet

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

Påvisning og utvinning av Palladium, Gull og Cobalt Metals fra Urban Mine Bruke Novel Sensorer / adsorbenter Eget med nanoskala Wagon-hjulformede Porer

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

Blast Kvantifisering Bruke Hopkinson Pressure Bars

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

Målingen av Ustø overflatetrykk Bruke en ekstern mikrofon Probe

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

Solvent Bonding for fabrikasjon av PMMA og COP microfluidic enheter

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

Gain-kompensasjon Metodikk for en sinus Scan av en Galvano Mirror i Proporsjonal-Integral-Differential Kontroll Bruk Pre-emphasis Teknikker

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

Studie av Hevert Breaker eksperiment og simulering for forskning reaktoren

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

Studere store Amplitude oscillasjon skjær responsen av myke materialer

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