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

Bu çalışma, Grant 62273304 altındaki Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından desteklenmiştir.

1. Gözenekli bir PDMS dielektrik tabaka ile yumuşak kapasitif basınç sensörünün imalatı
<ol><li>Gözenekli PDMS dielektrik tabakasının imalatı<ol><li>Aşağıdaki adımları izleyerek şeker/eritritol gözenekli şablonu hazırlayın.<ol><li>Şekeri 270 μm ve 500 μm açıklıklı numune eleklerle filtreleyin. Partikül çapı 270-500 μm aralığında olan şekeri seçin. NOT: Homojenlik tolerans sınırları içinde olduğu sürece daha büyük veya daha küçük bir şeker partikülü...

<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>

Bu çalışma, gözenekliliği kontrol etmek için çözücü buharlaşmasına dayanan basit bir yöntem önermektedir ve bir dizi deneysel sonuç uygulanabilirliğini kanıtlamıştır. Gözenekli yapı esnek kapasitif basınç sensöründe yaygın olarak kullanılmasına rağmen, gözeneklilik kontrolünün hala daha fazla optimizasyona ihtiyacı vardır. PFA 11,12,13,18,19'un partikül boyutunu ve polimer substratın PFA 17,20'ye...

Son yıllarda, esnek basınç sensörleri, yumuşak robotik 1,2,3, "insan-makine" dokunsal arayüzleri4,5 ve sağlık izleme 6,7,8'deki vazgeçilmez uygulamaları nedeniyle dikkat çekmektedir. Genel olarak, basınç algılama mekanizmaları piezorezistif 1,4,7, piezoelektrik 2,6, kapasitif 2,3,9,10,11,12,13 ve triboelektrik 8'i içerir Sensör. Bunlar arasında, kapasitif basınç sensörleri, yüksek hassasiyetleri, düşük algılama limitleri (LOD) vb. nedeniyle dokunsal algılamada en umut verici yöntemlerden biri olarak öne çıkmaktadır.
Daha iyi algılama performansı için, esnek kapasitif basınç sensörlerine mikro piramitler 2,9,14, mikro sütunlar15 ve mikro gözenekler9,10,11,12,13,16,17 gibi çeşitlimikro yapılar tanıtılmış ve algılamayı daha da iyileştirmek için üretim yöntemleri de optimize edilmiştir bu tür yapıların performansları. Bununla birlikte, bu yapıların çoğu, üretim maliyetlerini ve operasyonel zorlukları önemli ölçüde artıran sofistike mikrofabrikasyon tesisleri gerektirir. Örneğin, yumuşak basınç sensörlerinde en yaygın kullanılan mikroyapı olarak, mikro piramitler, hassas ekipman ve sıkı bir temiz oda ortamı gerektiren kalıplama şablonu olarak litografik olarak tanımlanmış ve ıslak kazınmış Si gofretlerine dayanır 9,14. Bu nedenle, yüksek algılama performanslarını korurken basit imalat süreçleri ve düşük maliyetli hammaddelerle yapılabilen mikro gözenekli yapılar (gözenekli yapılar) son zamanlarda giderek artan bir şekilde dikkat çekmektedir 9,10,11,12,13,16,17 . Bu, PFA'yı ve miktarını değiştirmenin dezavantajlarının yanı sıra, fraksiyon kontrol yöntemimizi kullanma motivasyonu olarak tartışılacaktır.
Burada, bu çalışma, kontrol edilebilir gözenekliliğe sahip gözenekli esnek bir kapasitif basınç sensörü üretmek için çözücü-buharlaştırma tekniğine dayanan basit ve düşük maliyetli bir yöntem önermektedir. Tüm üretim süreci, gözenekli PDMS dielektrik tabakasının imalatını, elektrotların kazıma kaplamasını ve üç fonksiyonel katmanın bağlanmasını içerir. Spesifik olarak, bu çalışma, şeker / eritritol karışım şablonuna dayanan gözenekli PDMS dielektrik tabakasını üretmek için yenilikçi bir şekilde belirli bir kütle oranına sahip bir PDMS / toluen karışım çözeltisi kullanır. Bu arada, homojen bir PFA parçacık boyutu, düzgün gözenek morfolojisi ve dağılımı sağlar; Böylece, PDMS / toluen kütle oranı değiştirilerek gözeneklilik kontrol edilebilir. Deneysel sonuçlar, önerilen basınç sensörünün hassasiyetinin, PDMS/toluen kütle oranını 1:8'den 1:1'e çıkararak iki kattan fazla artırılabileceğini göstermektedir. Farklı PDMS/toluen kütle oranları nedeniyle mikropor duvar kalınlığındaki değişim, optik mikroskop görüntüleri ile de doğrulanır. Optimize edilmiş yumuşak kapasitif basınç sensörü, sırasıyla %3,47 kPa−1 ve 0,2 sn hassasiyet ve tepki süresi ile yüksek algılama performansı gösterir. Bu yöntem, kontrol edilebilir gözenekliliğe sahip gözenekli bir dielektrik tabakanın hızlı, düşük maliyetli ve kolay kullanımlı imalatını sağlar.

<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

Yumuşak basınç sensörleri, yumuşak robotik ve dokunsal arayüzlerde "insan-makine" dokunsal hissinin geliştirilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Özellikle, mikro yapılı polimer matrislere sahip kapasitif sensörler, yüksek hassasiyetleri, geniş doğrusallık aralıkları ve hızlı tepki süreleri nedeniyle büyük çaba sarf ederek araştırılmıştır. Bununla birlikte, algılama performansının iyileştirilmesi genellikle sofistike mikrofabrikasyon tesisleri gerektiren dielektrik tabakanın yapısal tasarımına dayanır. Bu makalede, gözenekliliği ayarlamak için solvent buharlaştırma bazlı yöntemi kullanarak gelişmiş hassasiyete sahip gözenekli kapasitif basınç sensörleri üretmek için basit ve düşük maliyetli bir yöntem bildirilmektedir. Sensör, elastik iletken polimer kompozitlerden (ECPC'ler) yapılmış üst ve alt elektrotlarla bağlanmış gözenekli bir polidimetilsiloksan (PDMS) dielektrik tabakadan oluşur. Elektrotlar, kalıp desenli PDMS filmlere kazıma kaplamalı karbon nanotüpler (CNT'ler) katkılı PDMS iletken bulamaç ile hazırlandı. Gelişmiş algılama performansı için dielektrik tabakanın gözenekliliğini optimize etmek için, PDMS çözeltisi, şeker gözenek oluşturucu maddeyi (PFA) farklı boyutlarda filtrelemek veya öğütmek yerine, farklı kütle fraksiyonlarının tolueniyle seyreltildi. Toluen çözücünün buharlaşması, kontrol edilebilir gözenekliliklere sahip gözenekli bir dielektrik tabakanın hızlı bir şekilde üretilmesini sağlamıştır. Toluen-PDMS oranı 1:8'den 1:1'e yükseltildiğinde duyarlılığın iki kat daha artırılabileceği doğrulandı. Bu çalışmada önerilen araştırma, ayarlanabilir sensör parametrelerinin yumuşak duyusal mekanoreseptörleri ile tam entegre biyonik yumuşak robotik tutucuların üretilmesi için düşük maliyetli bir yöntem sunmaktadır.

Topaklanmış şeker/eritritol gözenekli şablonun fotoğrafı Şekil 3A'da gösterilmiştir. Şekil 3B, esnek elektrot tabakasını kazıma kaplı bir ECPCs desenine sahip olarak göstermektedir. Şekil 3C, önerilen yöntemle imal edilmiş gözenekli bir dielektrik tabakaya sahip yumuşak kapasitif basınç sensörünü göstermektedir. Dört gözenekli PDMS dielektrik katmanı, sırasıyla 1: 1, 3: 1, 5: 1 ve 8...

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

Kalıplama PDMS/toluen çözeltisinin farklı kütle oranları kullanılarak dielektrik tabakadaki gözeneklilik kontrolü ile etkinleştirilen yumuşak kapasitif basınç sensörünün performansını optimize etmek için solvent evaporasyon tekniğine dayanan basit ve uygun maliyetli bir imalat yöntemi sunulmaktadır.

Solvent buharlaştırma bazlı gözeneklilik kontrol tekniği kullanılarak yumuşak kapasitif basınç sensörlerinin hassasiyet artırılması

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

Kontrol edilebilir performansa sahip esnek rekabetçi basınç sensörü üretmek için yeni bir yöntem önerdik. Dielektrik tabakanın gözenekliliğini kontrol etmek için çözücü kütle fraksiyonunun ayarlanmasıyla gerçekleştirilir. Rekabetçi basınç sensörünün optimize edilmesi, sofistike mikrofabrikasyon tesislerinin kullanılmasını önleyen uygun maliyetli ve kolay kullanım yöntemiyle gerçekleştirilir.Gözenekli PDMS dielektrik tabakasını üretmek için, filtrelenmiş şeker ve eritritol tozunu 20 ila 1 kütle oranıyla tartın ve çalkalayarak eşit şekilde karıştırın. Karışımı ticari olarak elde edilen bir şeker eritritolü metal kalıba doldurun ve dolguyu kompakt hale getirmek için yüzeye bastırın. Karışımı bir konveksiyonlu fırında 135 santigrat derecede iki saat ısıtın.Isıtmadan sonra, topak plaka şekerini çıkarmadan önce karışımın oda sıcaklığında soğumasını bekleyin. Gözenekliliği kontrol edilebilen PDMS dielektrik tabakasını imal etmek için, bir santrifüj tüpünde beş gram tolüen, beş gram PDMS baz ve 0.5 gram PDM kürleme maddesi tartın ve çözeltiyi eşit şekilde karıştırın. Hava kabarcıklarını gidermek için çözeltiyi oda sıcaklığında 30 saniye boyunca 875G'de santrifüj edin.Kare şeker-eritritol gözenekli şablonu bir Petri kabına yerleştirin. Şablonu Petri çanak yüzeyinden kaldırmak için dört köşenin altına ara parçalar olarak çift taraflı bant yerleştirin. PDMS toluen çözeltisini şablona dökün ve şeker parçacıkları arasındaki tüm boşlukları doldurmak için kabı hafifçe eğin.Ardından, çanağı vakumlu bir kurutucuya yerleştirin ve 20 dakika boyunca gazdan arındırın. Gazdan arındırdıktan sonra, tolueni buharlaştırmak ve sıvı PDMS'yi kürlemek için çanağı kurutucudan 90 santigrat derecede 45 dakika boyunca fırına aktarın. Ardından, gözenekli şablona gömülü kürlenmiş PDMS'yi deiyonize suya batırın.Şeker şablonu tamamen çözünene kadar sıcak bir plakada 140 santigrat derecede ısıtın ve gözenekli PDMS'yi deiyonize suyla temizleyin. ECPC'lere dayalı esnek elektrot katmanlarının üretimi için, önce 0.16 gram karbon nanotüp veya CNT ve bir beherde dört gram toluen ağırlığında ECPC'lerin mürekkebini sentezleyin. Solvent buharlaşmasını önlemek için kabı sızdırmazlık filmi ile örtün ve 90 dakika boyunca 250 RPM'de manyetik olarak karıştırın.Bir beherde iki gram PDMS bazını ve iki gram tolueni tartın ve bir saat boyunca 200 RPM'de manyetik bir karıştırıcıya yerleştirin. Her iki çözeltiyi de hazırladıktan sonra, CNT'lerin toluen süspansiyonunu PDMS baz toluen çözeltisi ile karıştırın ve beheri bir sızdırmazlık filmi ile örtün. İki saat boyunca 250 RPM'de manyetik olarak karıştırın.Karıştırdıktan sonra, kabı ortaya çıkarın ve karışık çözeltiye 0.2 gram PDMS kürleme maddesi ekleyin. Bir saat boyunca 75 santigrat derece ve 250 RPM'de manyetik olarak karıştırın. Elektrotları kazımak için, tolüen, PDMS baz ve PDMS kürleme maddesini 2 ila 10 ila 1 kütle oranına sahip bir santrifüj tüpünde tartın ve çözeltiyi eşit şekilde karıştırın.Ardından, hava kabarcıklarını gidermek için çözeltiyi oda sıcaklığında 30 saniye boyunca 875G'de santrifüj edin. Kabartmalı bir elektrot desenine sahip ticari olarak elde edilen bir elektrot metal kalıbına 1.3 gram PDMS toluen çözeltisi dökün. Kalıbı bir vakum kurutucuya yerleştirin ve 10 dakika boyunca gazdan arındırın.Ardından, kalıptaki PDMS'yi 15 dakika boyunca 90 santigrat derecede sıcak bir plakada kürleyin. Oda sıcaklığında soğuduktan sonra, desenli PDMS filmini soyun. PDMS filmin düz tarafını silikon gofret üzerine takın.ECPCs mürekkebini elektrot desenine kazıyarak kaplayın. GTBM'nin mürekkebini sıcak plakada 90 santigrat derecede 15 dakika boyunca kürleyin. Yumuşak kapasitif sensörlerin yapıştırılması ve paketlenmesi için, metal teli elektrota takın.İyi iletkenlik için gümüş iletken boyayı bağlantı yerine bırakın ve gümüş iletken boya kuruyana kadar bekleyin. Kurutulmuş gümüş iletken boyayı tamamen kapatmak için PDMS çözeltisini bağlantının üzerine bırakın. PDMS'yi 15 dakika boyunca 90 santigrat derecede sıcak bir plakada tedavi edin.Kürledikten sonra, kabloyu üst ve alt elektrot katmanlarına bağlamak için adımları tekrarlayın. Elektrot ve dielektrik tabakalar arasında bağ kurmak için elektrot filmi üzerine yapışkan bir tabaka olarak ince bir PDMS tabakası eşit şekilde uygulayın. Ardından, imal edilmiş gözenekli PDMS dielektrik tabakasını elektrot tabakasına yerleştirin.PDMS yapıştırıcısını 95 santigrat derecede 10 dakika boyunca kürleyin. Isıtma sırasında iki katman arasında iyi temas sağlamak için gözenekli PDMS'nin üzerine bir cam Petri kabı yerleştirin. İnce bir PDMS tabakasını diğer elektrot tabakasına eşit şekilde uygulayın.Ardından, bağlı elektrot dielektrik tabakasını tersine çevirin ve diğer tek elektrot tabakasına yerleştirin. İki elektrodu hizaladıktan sonra, gözenekli PDMS tabakası ile diğer elektrot tabakası arasındaki bağı bitirin. Algılama performansını test etmek için, indentoru programlanmış bir mesafe ile dikey olarak aşağı doğru hareket ettirecek şekilde tahrik etmek için kademeli motoru kontrol edin.Yükleme basıncı 40 Newton'a ulaşana kadar her ardışık yükleme döngüsünde yükleme kuvvetini aynı aralıkta artırarak kapasitansı ve standart basınç verilerini kaydedin. Yine, step motorunu kontrol edin ve kapasitansı ve standart basınç verilerini kaydedin. Standart basınç okumasının bir fonksiyonu olarak test edilen cihazın kapasitansını kaydederken yükleme ve boşaltma testlerini 2.500 döngü boyunca tekrarlayın.Sıfır Newton yüklemesine dönmeden önce hızlı bir şekilde bastırmak ve birkaç saniye sabit kalmak için girintiyi kontrol edin. Bu prosedürü beş kez tekrarlayın ve kapasitansı zamanın bir fonksiyonu olarak kaydedin. Farklı PDMS toluen kütle oranları ile imal edilen gözenekli PDMS dielektrik tabakalarının optik mikroskop görüntüleri, PDMS toluen çözeltisinin artan kütle oranı ile gözenek duvarı kalınlığının azaldığını göstermiştir.Simülasyon analizi, daha yüksek bir gözenekliliğin, aynı uygulanan sıkıştırma basıncı altında geliştirilmiş doğrusallık ile daha büyük bir basınç gerinimine katkıda bulunduğunu göstermiştir. Farklı PDMS toluen kütle oranlarına sahip gözenekli PDMS dielektrik katmanlı sensörlerin kapasitans basınç tepki eğrisi farklı hassasiyet göstermiştir. 0 ila 10 kilopaskal basınç yükleme aralığında, bire bir PDMS toluen kütle oranına sahip sensör, sekiz ila bir PDMS toluen kütle oranına sahip sensörden iki kat daha yüksek hassasiyet sergiledi.Artan basınç üzerine, dielektrik tabakanın gözenekleri yavaş yavaş küçüldü ve tüm gözeneklilikler için aynı seviyeye ulaşana kadar hassasiyeti azalttı. 10 kilopaskal aynı yükleme basıncı altında beş ardışık yükleme, boşaltma testine kapasitif yanıt gösterilmiştir. Yüklemenin tepki süresi 0,2 saniye olarak bulundu.Döngüsel testler, fabrikasyon yumuşak kapasitif sensörün 2.500 döngüden sonra mükemmel tekrarlanabilirliğe sahip olduğunu ortaya koydu. PDMS dielektrik tabakasının gözenekliliği, PDMS toluen kütle oranı arttıkça azalacak ve bu da sensör performansını etkileyecektir.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Yumuşak Malzemelerin Mekaniği Çalışması Dijital Projektör ve Uygulama Kullanarak Mikro 3D Baskı

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

Aşırı basınç ve Sıcaklıklarda sentezi ve mikrodifraksiyon

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

Çoğaltma Tekniği açın Hücre Alüminyum Köpüklerin Üretimi ve Porosity&#39;sinden Üzerindeki Etki için Protokolleri Döküm

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

Algılama ve Palladium Kurtarma Kentsel Madeninde Altın ve Kobalt Metal Nano Wagon tekerlekli şeklindeki Porların ile Belirlenmiş Yeni Sensörler / adsorbanlar kullanma

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 Ölçümü Hopkinson Basınç Barlar kullanma

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

Uzak Mikrofon Probe kullanarak Kararsız Yüzey Basınç Ölçümü

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

PMMA İmalat ve COP mikroakışkan Cihazlar için çözücü Bağlar

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

Ön vurgu Teknikleri Kullanarak Oransal-İntegral-Diferansiyel Kontrolü bir Galvanometre Mirror bir sinüsoidal Tarama için Kazanç-tazminat Metodolojisi

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

Sifon kırıcı deney ve simülasyon incelenmesi için bir araştırma reaktörü

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

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 ...