This work was partially funded by the Swiss National Science Foundation, grant 200020-153122. The authors wish to thank the member&#8217;s of our soft transducers group &#8211; past and present &#8211; for their contribution to the refining of our fabrication process flow.

1. סיליקון ממברנה ייצור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליהוק שכבה של קורבן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך גיליון ארוך 400 מ&quot;מ באיכות גבוהה 125 PET מיקרומטר העבה מהגליל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון ההקרבה (5% חומצה אקרילית פולי בisopropanol לפי משקל): לערבב יחד 32 גרם של isopropanol ו8 גרם של פתרון poly אקריליק חומצה (25% במים) בצינור פלסטיק 50 מיליליטר. לנער היטב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את מצע PET עם מגבוני מוך חופשי ספוגים עם isopropanol. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את שולחן הוואקום עם מגבוני מוך חופשי ספוגים עם isopropanol. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את מצע PET על שולחן הוואקום ולהפעיל את משאבת הוואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראייה לבדוק את שולחן הוואקום כדי לוודא ששום חלקיקי אבק גדולים לכודים בין שולחן הוואקום ומצע PET. חזור על שלבי ניקוי הקודמים אם חלקיקי אבק מזוהים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את המשטח העליון של מצע PET עם מגבוני מוך חופשי ספוגים עם isopropanol. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את מוט הפרופילpplicator על coater האוטומטי הסרט ומהירות ציפוי להגדיר עד 5 מ&quot;מ / sec. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים 2 מיליליטר של תמיסת שכבת ההקרבה מול מוט הפרופיל ולהתחיל את המכונה coater. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר מוט הפרופיל הגיע לסוף של מעלית מצע PET זה מתוך coater ולנקות אותו על ידי ניגוב עם לנגב ספוג במים חמים ונטול מוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחזור מוליך הסרט אבל להשאיר את ריצת משאבת הוואקום ולהשאיר את מצע PET על צלחת הוואקום. בואו יבש השכבה באוויר במשך 2 דקות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליהוק קרום סיליקון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים התנור ל 80 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 15 גרם של בסיס סיליקון ו1.5 גרם של צולב מקשר לסיר ערבוב. הוסף 10 גרם של ממס סיליקון כדי להקטין את הצמיגות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את תערובת סיליקון עם מערבל פלנטרי. השתמש במחזור 2 דקות ערבוב ב2,000 סל&quot;ד תוספת מחזור סילוק גזים 2 דקות ב2,200 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הגובה של המוליך האוניברסלי 225 מיקרומטר. מניחים את המוליך בחלק העליון של גיליון PET ולא נקבעהוא מצלם את מהירות מוליך עד 3 מ&quot;מ / sec. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברה 15 מיליליטר של תערובת סיליקון מהסיר הערבוב על מצע PET עם מזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל מוליך אוטומטית ליישם סיליקון על מצע PET השלם (איור 4 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את המשאבה ולחכות 5 דקות לתת להתאדות הממס משיכבת הגבס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העבר את הקרום לצלחת זכוכית ומכניסים לתנור למשך 30 דקות על 80 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את המוליך וצלחת ואקום עם מגבונים ללא סיבים ספוגים עם isopropanol. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 30 דקות, להסיר את הקרום מהתנור, משאיר להתקרר על RT עבור 5 דקות נוספות ולכסות אותו עם נייר כסף PET דק כדי להגן על פני השטח ממזהמים. </li></ol></li></ol> 2. שחרור וPrestretching של ממברנות אלסטומרי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייצור תמיכת Prestretch <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחתוך מלבן בגודל A4 מהגליל של דבק סיליקון העברה יבש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר o אחדF כיסויי מגן מדבק העברת סיליקון היבש וידני להחיל את הדבק על שקף A4, לטפל כדי למנוע ההיווצרות של בועות במהלך יישום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך את תבנית תמיכת prestretch לסרט השקיפות מכוסה הדבקה באמצעות חרט לייזר שליטה במחשב מספרי (CNC) (איור 4) על פי הפרוטוקול של היצרן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייצור תמיכת ממברנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך 500 מ&quot;מ על ידי 290 מ&quot;מ מלבן בגליל של דבק סיליקון העברה יבש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקלף אחד כיסויי מגן מדבק העברת סיליקון היבש ולרבד את נייר הכסף על פולי העבים 3 מ&quot;מ (methacrylate מתיל) צלחת (PMMA). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במסגרת PMMA, טבעות קיצוץ של 52 מ&quot;מ מחוץ קוטר 44 מ&quot;מ וקוטר פנימי שישמש כבעלי קרום. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שחרור ממברנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך את קרום סיליקון היצוק כריך המצע / PET מהשלב 1 לעיגולים בקוטר 55 מ&quot;מנצח, באמצעות חרט לייזר CNC (איור 4) על פי הפרוטוקול של היצרן ולקלף את הסרט המגן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את חיתוך לייזר prestretch לתמוך על צד דבק מעגל קרום סיליקון החתוך כלפי מטה, כך שהדבק במגע עם משטח סיליקון (איור 4C). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן אמבט מים רותחים ולהטביע את ההרכבה (קרום סיליקון ותמיכת דבק) לתוכו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעוד שקוע, בעדינות ולאט לאט לקלף את מצע PET מקרום סיליקון (איור 4D). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להסיר את קרום סיליקון מאמבט המים ולתת לו להתייבש באוויר או להשתמש באקדח חנקן המהיר עד לתהליך הייבוש. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידת עובי קרום וprestretch <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד את העובי של הקרום עם interferometer שידור על פי הפרוטוקול של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את prestretcher לקוטר של 45 מ&quot;מ, ולמקם את prestrקרום לחרוט תמיכה-סיליקון על אצבעות אלונקה, צד דביק כלפי מטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך את תמיכת prestretch בין אצבעות האלונקה (איור 4E). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגדיל את הקוטר של prestretcher ל58.5 מ&quot;מ לprestretch שוה-biaxially הקרום על ידי (prestretch 30%) 1.3 גורם ידי סיבוב נגד כיוון השעון annulus prestretcher (איור 5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את סרט כיסוי מבעל קרום PMMA לחשוף את הדבק ומקל בעל קרום PMMA על פני השטח קרום prestretched (איור 4F). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך סביב בעל הקרום להסיר את קרום prestretched מהאלונקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד את העובי הסופי של קרום prestretched עם interferometer שידור. </li></ol></li></ol> 3. תואם אלקטרודות דפוסים על ידי הדפסת Pad <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת דיו מוליך <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במכל פלסטיק מיקסר 125 מיליליטר, למקם את פחמן 0.8 גרם שחור wה- i isopropanol 16 גרם ו -6 כדורי פלדה בקוטר 12 מ&quot;מ. מערבבים ב2,000 סל&quot;ד במשך 10 דקות במיקסר פלנטריים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 4 g חלק אלסטומר סיליקון, 4 חלק ב &#39;ז, וisooctane ז 16. מערבבים ב2,000 סל&quot;ד במשך 10 דקות במיקסר פלנטריים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקנה של מכונת הדפסת הפנקס <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את הקלישאה עם דפוס אלקטרודה הרצויה בבלוק המגנטי (איור 4G). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא את inkcup עם הדיו מבוסס-סיליקון המוליך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את גוש הקלישאה (קלישאה קבועה על הבלוק המגנטי) על גבי inkcup מלא הדיו ולהתקין את ההרכבה במכונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתקן את פנקס סיליקון במחשב. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את צלחת aligner (איור 4H) על בסיס המדפסת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליזום מחזור הדפסה על מכונת הדפסת פנקס, שיחול עיצוב אלקטרודה על צלחת aligner פי הפרוטוקול של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבחינה ויזואליתלבדוק את החפיפה של האלקטרודה המודפסת ומבנה חרוט התייחסות של צלחת aligner. הזז את שלב XY-θ לתקן כל חוסר תיאום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את צלחת aligner ולהדפיס אלקטרודה אחרת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראייה לבדוק היישור עם מבנה ההתייחסות ולהמשיך לנוע אלקטרודות עמדת הפלטפורמה והדפסה עד לקבלת סופרפוזיציה מושלמת של הדפוס מודפס על מבנה ההתייחסות (איור 4H). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדפסת אלקטרודות תואמות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח קרום prestretched על בסיס המדפסת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על מכונת הדפסת הפנקס, השקת מחזור הדפסה להחתים את האלקטרודה בצד העליון הקרום (איור 4I). חותמת קרום פעמיים כדי להבטיח עובי האלקטרודה מספק של כ -4 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להסיר את הקרום מבסיס המדפסת, למקם את קרום prestretched הבא על בסיס המדפסת ולחזור על תהליך ההדפסה, עד שכל ממ prestretchedbranes הם חותמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הקרומים עם אלקטרודה החותמת בתנור על 80 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 30 דקות, להסיר את הקרום מהתנור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום אחד של הקרומים המודפסים במהופך על בסיס המדפסת, חושף את הצד האחורי הקרום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליזום מחזור הדפסה לדפוס אלקטרודה התחתונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להסיר את הקרום מבסיס המדפסת, למקם את הקרום הבא על בסיס המדפסת ולחזור על תהליך ההדפסה, עד שכל הקרומים המוטבעים על שני הצדדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הקרומים בתנור על 80 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות לקישור צולב אלקטרודה התחתונה. </li></ol></li></ol> 4. יצירת חיבורי חשמל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסגרות מפעיל Cut שישמשו כמסגרת להחזקת המפעיל באותה הצלחת PMMA משמשת לבעל הקרום (CF 2.2) באמצעות חרט לייזר CNC. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתקלף הגיבוי של הדבק על החלק העליון של מסגרת המפעיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל חתיכת x 2.5 מ&quot;מ 18 מ&quot;מ של סרט מוליך על החלק של מסגרת המפעיל שבאה במגע עם האלקטרודה התחתונה, ולקפל אותו לצד השני של המסגרת כדי לספק את המגע החשמלי (איור 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החלק את מסגרת המפעיל בתוך בעל הקרום, ולחץ בעדינות את הקרום עם אצבעות לתקוע אותו לדבק של מסגרת המפעיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם אזמל, לחתוך את הקרום בגבול בין בעל הקרום ומסגרת מפעיל ולהסיר לשעבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל חתיכה של 18 מ&quot;מ קלטת מוליך x 2.5 מ&quot;מ שנייה על קשר האזור של האלקטרודה העליונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים חוט על כל חתיכת סרט מוליך לעשות חיבור חשמלי. לחבר את שני חוטים למקור מתח גבוה, ולהחיל אות מרובעת 2 הרץ של משרעת 2 קילו וולט. שים לב להרחבה התקופתית של המכשיר. </li></ol>

<ol>
	<li>Pelrine, R., Kornbluh, R., Pei, Q., Joseph, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+electrically+actuated+elastomers+with+strain+greater+then+100&#37;.">High-speed electrically actuated elastomers with strain greater then 100&#37;.</a> Science. 287 (5454), 836-839 (2000).</li><li>Keplinger, C., Li, T., Baumgartner, R., Suo, Z., Bauer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Harnessing+snap-through+instability+in+soft+dielectrics+to+achieve+giant+voltage-triggered+deformation.">Harnessing snap-through instability in soft dielectrics to achieve giant voltage-triggered deformation.</a> Soft Matter. 8 (2), 285-288 (2012).</li><li>B&#246;se, H., Fuss, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+dielectric+elastomer+sensors+for+compression+load+detection.">Novel dielectric elastomer sensors for compression load detection.</a> Proc. of SPIE. 9056, 905614 (2014).</li><li>Koh, S., Keplinger, C., Li, T., Bauer, S., Suo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Elastomer+Generators:+How+Much+Energy+Can+Be+Converted?.">Dielectric Elastomer Generators: How Much Energy Can Be Converted?.</a> IEEE. ASME. Trans. Mechatron. 16 (1), 33-41 (2012).</li><li>Carpi, F., Frediani, G., Turco, S., De Rossi, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+Tunable+Lens+with+Muscle-Like+Electroactive+Elastomers.">Bioinspired Tunable Lens with Muscle-Like Electroactive Elastomers.</a> Adv. Funct. Mater. 21 (21), 4152-4158 (2011).</li><li>Anderson, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+thin+membrane+artificial+muscle+rotary+motor.">A thin membrane artificial muscle rotary motor.</a> Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 98 (1), 75-83 (2010).</li><li>Akbari, S., Shea, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+array+of+100um+x+100um+dielectric+elastomer+actuators+with+80%+strain+for+tissue+engineering+applications.">An array of 100um x 100um dielectric elastomer actuators with 80% strain for tissue engineering applications.</a> Sens. Actuators A-Phys. 186, 236-241 (2012).</li><li>Jordi, 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=Large+planar+dielectric+elastomer+actuators+for+fish-like+propulsion+of+an+airship.">Large planar dielectric elastomer actuators for fish-like propulsion of an airship.</a> Proc. SPIE. 7642, 764223 (2010).</li><li>Maffli, L., Rosset, S., Ghilardi, M., Carpi, F., Shea, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+all-polymer+electrically+tuneable+silicone+lenses.">Ultrafast all-polymer electrically tuneable silicone lenses.</a> Adv. Funct. Mater. 25 (11), (2015).</li><li>Rosset, S., Maffli, L., Houis, S., Shea, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+instrument+to+obtain+the+correct+biaxial+hyperelastic+parameters+of+silicones+for+accurate+DEA+modeling.">An instrument to obtain the correct biaxial hyperelastic parameters of silicones for accurate DEA modeling.</a> Proc. SPIE. 9056, 90560M (2014).</li><li>Rosset, S., Shea, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+and+stretchable+electrodes+for+dielectric+elastomer+actuators.">Flexible and stretchable electrodes for dielectric elastomer actuators.</a> Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 110 (2), 281-307 (2013).</li><li>Rosset, S., O&#8217;Brien, B., Gisby, T., Xu, D., Shea, H. R., Anderson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-sensing+dielectric+elastomer+actuators+in+closed-loop+operation.">Self-sensing dielectric elastomer actuators in closed-loop operation.</a> Smart Mater. Struct. 22 (10), 104018 (2013).</li><li>Rosset, S., Shea, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+fast,+reliable,+and+manufacturable+DEAs:+miniaturized+motor+and+Rupert+the+rolling+robot.">Towards fast, reliable, and manufacturable DEAs: miniaturized motor and Rupert the rolling robot.</a> Proc. SPIE. 9430, (2015).</li><li>Poulin, A., Rosset, S., Shea, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+compression+of+small+cell+population:+Harnessing+stress+in+passive+regions+of+dielectric+elastomer+actuators.">Toward compression of small cell population: Harnessing stress in passive regions of dielectric elastomer actuators.</a> Proc. SPIE. 9056, 90561Q (2014).</li><li>McKay, T., Rosset, S., Anderson, I., Shea, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+elastomer+generators+that+stack+up.">Dielectric elastomer generators that stack up.</a> Smart Mater. Struct. 24 (1), 015014 (2015).</li><li>Araromi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rollable+Multisegment+Dielectric+Elastomer+Minimum+Energy+Structures+for+a+Deployable+Microsatellite+Gripper.">Rollable Multisegment Dielectric Elastomer Minimum Energy Structures for a Deployable Microsatellite Gripper.</a> IEEE. ASME. Trans. Mechatron. 20 (1), 438 (2015).</li><li>Romano, P., Araromi, O., Rosset, S., Shea, H., Perruisseau-Carrier, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+millimeter-wave+phase+shifter+based+on+dielectric+elastomer+actuation.">Tunable millimeter-wave phase shifter based on dielectric elastomer actuation.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (2), 024104 (2014).</li><li>Awasthi, K., Kamalakaran, R., Singh, A., Srivastava, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ball-milled+carbon+and+hydrogen+storage.">Ball-milled carbon and hydrogen storage.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 27 (4), 425-432 (2002).</li><li>Leong, C. K., Chung, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+black+dispersions+as+thermal+pastes+that+surpass+solder+in+providing+high+thermal+contact+conductance.">Carbon black dispersions as thermal pastes that surpass solder in providing high thermal contact conductance.</a> Carbon. 41 (13), 2459-2469 (2003).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transmission+Measurements+of+Polymer+Thin+Films.">Transmission Measurements of Polymer Thin Films.</a> Ocean Optics application note. , (2014).</li><li>Lotz, P., Matysek, M., Schlaak, 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+and+application+of+miniaturized+dielectric+elastomer+stack+actuators.">Fabrication and application of miniaturized dielectric elastomer stack actuators.</a> IEEE. ASME. Trans. Mechatron. 16 (1), 58-66 (2011).</li><li>Tepel, D., Hoffstadt, T., Maas, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+manufacturing+process+for+DEAP+stack-actuators.">Automated manufacturing process for DEAP stack-actuators.</a> Proc. SPIE. 9056, 905627 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

ניתן לסכם את תהליך הייצור כדלקמן. התחל על ידי יישום שכבת ההקרבה מסיס במים על פני מצע PET משמש ליציקה של הקרום. זה ימנע עיוות מוגזמת במהלך תהליך השחרור שעלולים לפגוע בקרום. סיליקון לאחר מכן יציקה בשכבה דקה ונרפא בתנור. גיליון A4 PET עם ציפוי סיליקון הוא חתך לתוך דיסקים מעגליים של 55 מ&quot;מ קוטר, ונדבק לתומך prestretch גמיש. תומך prestretch משמש כדי לתפעל את הקרום במהלך שלבי שחרור השכבה וprestretching ההקרבה. כדי להפריד את הקרום מן המצע PET, הוא טבול במים חמים כדי להמס את שכבת ההקרבה. תהליך זה מאפשר הקרום להשתחרר מבלי למשוך אותו באופן משמעותי. ברגע שהקרום בודד, ניתן prestretched זה. Prestretching מורכב באופן מכאני מתיחת הקרום במטוס לפני לתקן את זה על החזקת מסגרות. צעד זה יוצר בכחותיהן פנימיים מתיחה בקרום ויש צורך למפעילי אלסטומר דיאלקטרי במטוס, כגון מפגין שמיוצרים כאן. בפרוטוקול, אנו משתמשים בשוה-biaxial מתיחה, כלומר, ערך מתיחה שווה בשני כיוונים במטוס. עם זאת, בהתאם ליישום, ניתן להשתמש בתצורות שונות prestretching, כגון uniaxial (מתיחה רק לאורך x או y, ואילו הקרום מותר להירגע בכיוון האחר), או איזוטרופי (ערכים שונים לאורך x ו- y). הדפסת פנקס טכניקה הנקראת משמשת לדפוס בדיוק אלקטרודה תואמת על קרום סיליקון prestretched, המאפשר להגדיר במדויק אלקטרודות מ&quot;מ גודל על הממברנה. בתהליך זה, דיו מיושם עם להב רופא על קלישאה (פלדה שבו העיצוב שיודפס חקוק, ולאחר מכן הרים מהקלישה על ידי חותמת סיליקון חלקה לפני שהועבר להממברנה 13). אֵיִ פַּעַםעיצוב y דורש קלישאה שלה. אלה ניתן להזמין מחברות מתמחות, אשר מייצרות אותם מציור אלקטרוני של הגיאומטריה. כדי להפוך האלקטרודה מוליכה מתיחה, לפזר פחמן שחור במטריצת סיליקון על ידי כוחות גזירה באמצעות כרסום כדור, שהיא טכניקה ידועה לשבור agglomerations של פחמן שחור וhomogenously לפזר את האבקה במטריצת פולימר 18,19. בעת ההדפסה, חשוב שהעיצוב מודפס עם מיקום מדויק ובאופן יחסי לכיוון מסגרת הקרום. כדי לעשות זאת, השתמש בשלב XY-θ דיוק וaligner. Aligner היא פיסת PMMA באותה הצורה כמו מסגרת הקרום ויש עיצוב אלקטרודה חרוט על פני השטח שלו לשימוש בחרט לייזר CNC. לפני ההדפסה על קרומנו להדפיס על צלחת היישור כדי לבדוק את היישור. אם העיצוב המודפס אינו תואם את העיצוב החרוט להתאים את שלב XY-θ עד overl שני העיצוביםap (איור 4H). בפרוטוקול, יש לי העליון ותחתונה אלקטרודה את אותו עיצוב, כך מכונת הדפסת הכרית ניתן להשאיר ללא שינוי בין היישומים של שתי אלקטרודות. עם זאת, במקרים מסוימים, גיאומטריות אלקטרודות שונות לאלקטרודה העליונה והתחתונה. במקרה זה, ואילו הקרומים נמצאים בתנור לריפוי של האלקטרודה העליונה (כלומר, בין הצעדים 3.4.3 ו3.4.4), יש צורך להסיר את חסימת הקלישאה (ההרכבה המורכבת מהקלישה שנערכה במקום בבלוק מגנטי) עם קסת דיו ממכונת דפוס כרית. ואז, הקלישאה המותקנת חייבת להיות מוחלף באחד עם עיצוב אלקטרודה התחתון. בגלל בלוק הקלישאה הועבר, יש צורך לקיים הליך חדש יישור (שלב 3.3) באמצעות צלחת aligner חרוטה עם העיצוב של האלקטרודה השנייה. ברגע ששתי אלקטרודות מיושמות, הם צריכים להיות מחוברים למעגל נהיגה חיצוני שמספק את חיובי Fאו להפעלה ללא. ישנם פתרונות שונים לביצוע החיבורים החשמליים בין האלקטרודות תואמות ואלקטרוניקת הנהיגה. הנה, שיטה המתאימה היטב לאב הטיפוס מוצגת, באמצעות מסגרות מכוסות דבקים וסרט מוליך (איור 3). לייצור אצווה, השימוש במעגלים מודפסים עם רפידות נחושת הפנייה אלקטרודות הוא חלופה טובה יותר (ראה איור 10 א לדוגמא של מכשיר עשה עם PCB מסחרי). השתמש במוצרי ציוד או מסחריים עבור רוב השלבים של זרימת התהליך. שני היוצאים מן הכלל מדידת העובי של קרום סיליקון והצעדים prestretching. למדידת העובי, להשתמש interferometer העברת אור הלבן מורכב מתוצרת בית collimated מקור אור הלבן (גודל נקודה &lt;1 מ&quot;מ) חוצה את הקרום ונאסף על ידי ספקטרומטר. תקופה של השוליים ההפרעה של עוצמת האור מועברת כפוnction של אורך גל משמש לחישוב עובי הקרום 20. שים לב ששיטות אחרות יכולות לשמש כדי למדוד את העובי, אבל הם חייבים להיות בלתי הרסניים, ובאופן אידיאלי, כדי למנוע מגע לעוות את הקרום דק מאוד. לprestretching של ממברנות, להשתמש prestretcher רדיאלי תוצרת בית, שמורכב מ 8 אצבעות מתכתיות שיכול להיות עקורה רדיאלית. לprestretch קרום, האצבעות מועברות פנימה כך שתמיכת prestretch יכולה להיות תקועות לאצבעות של האלונקה (איור 4E). לprestretch הקרום, האצבעות מועברות החוצה, ובכך למעשה להגדיל את הקוטר של קרום סיליקון, שהוביל לשוה-biaxial prestretching של הקרום. שמונה האצבעות מחוברות לannulus, סיבוב שמגדיר את ההפרדה הרדיאלי של האצבעות (איור 5). יש זרימת תהליך יעילה ומבוססת כמו זו שהוצגה כאן היא חשובהלייצור מכשירים לשחזור כי הם חזקים ואמינים. בהשוואה לקניית סרטים שהוכן מראש, ליהוק קרומים דקים אלסטומר נותן הרבה חופש עיצוב, שכן היא מאפשרת בחירה והתאמת המאפיינים של ממברנות ליישום. לדוגמא במקרה של אלסטומרים סיליקון, ניתן לבחור את הקשיות וההתארכות בהפסקה על ידי בחירת מוצרים עם אורך שרשרת שונה וצפיפות של cross-linking, והעובי יכול להיות מגוון על ידי התאמת תהליך הליהוק. הנקודה האחרונה מאפשרת לדוגמא לבחירת עובי קרום סופי וprestretch באופן עצמאי, דבר שאינו אפשרי עם סרטים שהוכן מראש. היכולת בדיוק דפוס האלקטרודה בקנה מידה קטן (סנטימטר למשנה מ&quot;מ) היא גם דרישה חשובה לDeas, כמו רוב המכשירים מורכבים מאזורים פעילים וסבילים באותו הקרום. משמעות הדבר הוא כי צורת האלקטרודה חייבת להיות מוגדרת בדיוק על הממברנה. בנוסף, כאלקטרודות חייבת להיות מיושמות בשני הצדדיםשל הקרום, יש צורך ליישר את שתי אלקטרודות יחסית זה לזה: בנוסף לצורה מוגדרת במדויק, אלקטרודות חייבות גם להיות ממוקמות בדיוק על הממברנה. תהליך הטבעה מוצג כאן ממלא שתי דרישות אלה. יתר על כן, הדפסת כרית היא תהליך מהיר, כמו שרק כמה שניות נדרשות להדפיס אלקטרודה, ומפעילים יכולים בקלות להיות בשיטה זו-מעובד אצווה. בניגוד לשומן בשימוש נרחב פחמן או אלקטרודות אבקה רופפות מיושם באופן ידני, הגישה שלנו מובילה למוגדרות במדויק אלקטרודות המציגות הדבקה חזקה על הקרום שעליו הם מיושמים. הם מאוד עמידים בפני שחיקה, ולא ניתן delaminated מהקרום 13. למרות שהדפסת פנקס היא שיטת מגע, ניתן להשתמש בו כדי להחיל דיו על קרומי סיליקון דקים ושבירים, כי רק החלק הבא במגע עם הקרום הוא חותמת סיליקון רכה. עם זאת, יש כמה stiction בלתי נמנע בין הבולים והקרום דואר, מה שגורם לעיוות קלה של הקרום פעם החותמת נעה בחזרה כלפי מעלה. אם הקרום הוא דק מדי, זה יכול להוביל לקרע של הקרום. זה למעשה מגביל את היישום של שיטת הדפסת הכרית לקרומים עבה מ -10 מיקרומטר. לקרומים דקים יותר, יש להשתמש בשיטות דפוסים ללא מגע, כגון הדפסת הזרקת דיו. למרות Deas נחקרו במשך יותר מ -15 שנים, רוב Deas של היום הם עדיין מבוססים על סרטי polyacrylate מוכנים בשילוב עם אלקטרודות גריז יד מיושמת. שיטות עבודת יד אלה גרמו Deas להישאר בעיקר במצב של מעבדה אבות טיפוס, עם אימוץ מוגבל על ידי תעשייה, למרות הביצועים המעניינים של Deas במונחים של מתח וצריכת חשמל. למרות שתהליכי ייצור אמין כבר פורסם, הם נוגעים לייצור של מפעילי unprestretched, נערמו התכווצות שהושגו עם מוקדש הגדרות אוטומטיות 21,22. יחסי הציבורocess לזרום אנו מציגים כאן הוא תהליך כל מטרה תכליתית המתאר את כל השלבים החשובים הצורך לפברק DEA, ואשר יכול בקלות להיות מיושם כדי להתאים יישום יעד מוגדר.

מתמרים אלסטומר דיאלקטרי (DETs) הם התקנים רכים שמורכבים מקרום אלסטומרי דיאלקטרי (בדרך כלל 10-100 מיקרומטר עבה), דחוק בין שתי אלקטרודות תואמות, ובכך ליצור קבלים גומי 1. DETs יכול לשמש כמפעילים מסוגלים לייצר זנים גדולים מאוד (עד 1,700% מתח פני השטח הודגם) 2, חיישנים רכים מתח 3, או הגנרטורים רכים כמו 4. כאשר שמש מפעילים, מתח חשמלי בין שתי אלקטרודות. הכוח האלקטרוסטטי שנוצר לוחץ קרום דיאלקטרי, הפחתת העובי שלה ולהגדיל את שטח הפנים שלה (איור 1) 1. בנוסף למפעילים, אותו המבנה הבסיסי (קרום דק ואלסטומר אלקטרודות מתיחה) יכול לשמש כמכשירים חיישן מתח או קצירת אנרגיה, תוך ניצול שינוי הקיבול הנגרם על ידי עיוות מכאנית. הזנים הגדולים שנוצרו על ידי אלסטומר דיאלקטריctuators (Deas) והטבע הרך והתואם שלהם כבר משמשים ליישומים רבים, כגון עדשות חשמליים מתכונן 5, מנועים סיבוביים 6, מכשירים סלולארי תרבות עיוותי 7, והנעה של ביו השראה ספינת אוויר כמו דגים-8. רוב DETs דווח בספרות להשתמש סרט קניינית אקריליק אלסטומר מ3M שם VHB כקרום אלסטומר דיאלקטרי, כי זה כבר הראה להציג זני actuation מאוד גדולים 1. הזמינות של חומר זה בצורת סרט היא גם גורם מפתח בשימוש הרחב שלה ליישומי DET, למרות ש( זן actuation להפריש), יש לו מספר החסרונות חשובים, כגון הפסדים מכאניים וזחילת viscoelastic המגבילים את מהירות התגובה שלה , מגוון קטן טמפרטורת הפעלה, ונטייה לקריעה. בהשוואה, יכולים לשמש גם כאלסטומרים סיליקון קרום דיאלקטרי לDETs, מוביל למכשירים עם מהירות תגובה 1,000 פעמים מהר יותרמ אלסטומרים אקריליק, בשל ההפסדים מכאניים 9 המופחת בהרבה שלהם. בנוסף, הם זמינים במגוון רחב של קשיות, אשר נותן חופש עיצוב נוסף. עם זאת, סיליקונים בדרך כלל נמכרים בצורת בסיס צמיגה, אשר חייב להיות מיושמת בקרומים דקים שישמש לDETs. עם זאת, זה עדיין מספק מידה נוספת של חופש, כעובי הקרום ניתן לבחור באופן חופשי ולא מוטל על ידי היצרן, כמו במקרה של סרטי premade. פרוטוקול זה מראה את הייצור של מפעיל אלסטומר דיאלקטרי. עם זאת, זה יכול להיות מיושם גם עם לא מעט שינוי עבור הייצור של חיישני דיאלקטרי אלסטומר במובן רחב יותר, כולל התקני קצירת אנרגיה וחיישני לחץ. אנו מציגים כאן שיטה לשטח גדול ליהוק (A4) של סרטי סיליקון (10-100 מיקרומטר) דקים על מצעים גמישים PET מצופים בשכבת ההקרבה מסיס במים. שכבת ההקרבה מפחיתה את כוחות required להפריד את קרום סיליקון מהמצע, ובכך להקטין את העיוות המכנית של הקרום במהלך שחרור. עיוות של הסרט יכולה להוביל לתכונות מכאניות איזוטרופי עקב (השפעת מולינס) ריכוך-induced מתח 10 ולכן יש להימנע. אלקטרודות הן המרכיב המרכזי השני של Det. התפקיד שלהם הוא להפיץ את המטענים החשמליים על פני השטח של קרום אלסטומרי. כדי לייצר מפעיל אמין, אלקטרודות חייבת להיות מסוגלים לעמוד זנים חזרו גבוהים יותר מ -20% ללא פיצוח, משפיל, delaminating, או לאבד מוליכות; יתר על כן, הם חייבים להיות תואמים כדי לא מכניים להקשיח את המבנה 11. בין הטכניקות השונות שקיימים כדי להרוויח אלקטרודות תואמות, חלקיקי פחמן שחורים ביד מיושמת או שומן פחמן הם שתי השיטות הנפוצות ביותר 11. עם זאת, יש לי שיטות אלה לא מעט חסרונות: יישום ביד מונע מזעור של מכשירים, מוביל לתוצאות שאינן לשחזור, והוא גוזל זמן. בנוסף, אבקת פחמן או שומן לא לדבוק בקרום ואלקטרודות המיוצרות על ידי שיטה זו כפופות ללבוש ושחיקה מכאנית. כמו כן, במקרה של גריז, הנוזל מחייב יכול לפזר את קרום דיאלקטרי ולשנות את המאפיינים מכאניים שלה. החיים של אלקטרודות אבקה או משחה פחמן כמוס של האו&quot;ם הוא כתוצאה מכך קצרים למדי. כאן, אנו מציגים הדפוסים של אלקטרודות תואמות על ידי הדפסת כרית הטבעת טכניקה בשם שבו עיצוב מדויק מועבר לממברנה באמצעות חותמת סיליקון רכה, ובכך מאפשרים לאלקטרודות במהירות וreproducibly דפוס מדויקת, עם תכונות עד 0.5 מ&quot;מ. הפתרון יושם מורכב מתערובת של פחמן שחור במטריצת סיליקון, שהוא צולב לאחר יישום, ובכך מובילים לאלקטרודות נרפאו עם הדבקה חזקה קרום אלסטומרי, מה שהופך אותם מאוד גמישים ועמיד בפני שחיקה מכאנית וללבוש. הפרוטוקול הבא מתאר את כל הצעדים הנדרשים כדי לייצר Deas המהיר ואמין עם אלקטרודות תואמות בדוגמת בדיוק. זה כולל יציקת קרום וprestretching, דפוסים ויישור של אלקטרודות, הרכבה, חיבור ובדיקה חשמליים. לצורך הווידאו, אנו לפברק מפעיל במטוס פשוט עם אלקטרודה בצורת ציוד, כפי שמוצגים באיור 2. המפעיל מורכב מקרום דק סיליקון נמתח על בעל קרום, שבו שתי אלקטרודות תואמות בדוגמת. מסגרת מפעיל לאחר מכן הוכנסה כדי לספק מגע חשמלי לאלקטרודה התחתונה. איור 3 מראה נוף התפוצץ של ההרכבה עם הרכיבים השונים של המפעיל. למרות שהמכשיר הבין בווידאו אין יישום מעשי מעבר הוכחת העיקרון הבסיסי של Deas, מפעילים שונים במטרה יישומים ספציפיים נעשו שימוש בדיוק באותו התהליך, כגוןכgrippers רכה, עדשות מתכונן, מסיטי מופע מ&quot;מ-גל מתכונן, וכו &#39;

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>High quality PET substrate, 125 um thick</td>
			<td>DuPont Teijin</td>
			<td>Melinex ST-506</td>
			<td>low surface roughness and absence of defects</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol 99.9%</td>
			<td>Droguerie Schneitter</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(acylic acid) solution (25%)</td>
			<td>Chemie Brunschwig</td>
			<td>00627-50</td>
			<td>Mw=50kDa</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Automatic film applicator</td>
			<td>Zehntner</td>
			<td>ZAA 2300</td>
			<td>with vacuum table</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Profile rod applicator</td>
			<td>Zehntner</td>
			<td>ACC378.022</td>
			<td>22.86 um</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Binder</td>
			<td>FD 115</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dow Corning Sygard 186 silicone kit</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>Sylgard 186</td>
			<td>silicone used for casting membranes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dow Corning OS-2 silicone solvent</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>OS2</td>
			<td>environmentally-friendly solvent. Mixture of 65% Hexamethyldisiloxane and 35% Octamethyltrisiloxane</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thinky planetary mixer</td>
			<td>Thinky</td>
			<td>ARE-250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>container PE-HD 150 ml</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td>1972</td>
			<td>Container to mix the silicone for the membrane</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical grade 125ml PP wide mouth jar with cap&#160;</td>
			<td>Thinky</td>
			<td>250-UM125ML</td>
			<td>Container to mix the ink</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bearing-Quality steel balls 12 mm</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>9292K49</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Universal applicator with adjustable gap</td>
			<td>Zehntner</td>
			<td>ZUA 2000.220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transparency film for overhead projector</td>
			<td>Lyreco</td>
			<td>978.758</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry silicone transfer adhesive (roll)</td>
			<td>Adhesive Research</td>
			<td>Arclear 8932</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>poly(methyl methacrylate) plate 500mmx290mmx3mm</td>
			<td>Laumat</td>
			<td>Plexi 3mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prestretching rig</td>
			<td>&#34;home made&#34;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB spectrometer for visible light</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>USB4000-VIS-NIR</td>
			<td>Spectrometer for the thickness measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten halogen white light source</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>LS-1</td>
			<td>Light source for the thickness measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>400 micrometer optical fiber</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>QP400-2-VIS-NIR</td>
			<td>Optical fiber on the spectrometer side for the thickness measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>600 micrometer optical fiber</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>P600-2-VIS-NIR</td>
			<td>Optical fiber on the light source side for the thickness measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon black</td>
			<td>Cabot</td>
			<td>Black Pearl 2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone Nusil MED-4901</td>
			<td>Nusil</td>
			<td>MED-4901</td>
			<td>silicone used in conductive ink</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pad-printing machine</td>
			<td>TecaPrint</td>
			<td>TCM-101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thin steel clich&#233; 100mmx200mm</td>
			<td>TecaPrint</td>
			<td>E052 100 200</td>
			<td>Steel plate etched with the design you need to print. The etching is performed by the company selling the clich&#233;.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96 mm inkcup</td>
			<td>TecaPrint</td>
			<td>895103</td>
			<td>Component of the pad printing machine in which the ink is contained</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soft silicone 30mm printing pad</td>
			<td>TecaPrint</td>
			<td>T-1013</td>
			<td>Printing pad for the pad printing machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60 W CO2 Laser engraving machine</td>
			<td>Trotec</td>
			<td>Speedy 300</td>
			<td>To cut frames and foils</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon conductive tape</td>
			<td>SPI supplies</td>
			<td>05081-AB</td>
			<td>For electrical connections to the electrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4 channels 5 kV EAP controller</td>
			<td>Biomimetics laboratory</td>
			<td></td>
			<td>low power high voltage source to test the actuators. http://www.uniservices.co.nz/research/centres-of-expertise/biomimetics-lab/eap-controller</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication process of silicone-based dielectric elastomer actuators

תרומה זו ממחישה את תהליך הייצור של חיישני אלסטומר דיאלקטרי (DETs). DETs קבלים מתיחה בהיקף של קרום דיאלקטרי אלסטומרי דחוק בין שתי אלקטרודות תואמות. זני actuation הגדולים של מתמרים אלה כאשר שמשו מפעילים (מעל 300% זן שטח) והטבע הרך והתואם נוצל למגוון רחב של יישומים, כוללים אופטיקה חשמלית מתכונן, מכשירי משוב לתחושה, קציר גל-אנרגיה, תא עיוותים מכשירי -culture, grippers תואמת, והנעה של ספינת אוויר כמו דגים-השראה ביו. ברוב המקרים, DETs נעשים עם אלסטומר אקריליק קנייני מסחרי ועם אלקטרודות יד מיושמת אבקת פחמן או שומן פחמן. שילוב זה מוביל למפעילים שאינם לשחזור ואיטיים מציגים השרץ viscoelastic וחיים קצרים. אנו מציגים כאן זרימת תהליך שלמה עבור הייצור לשחזור של DETs מבוססים על סיליקון אלסטומרי הדקסרטי דואר, כוללים ליהוק של קרומים דקים סיליקון, שחרור קרום וprestretching, דפוסים של אלקטרודות חזקה, הרכבה ובדיקה תואמות. הקרומים נוצקו על terephthalate פוליאתילן גמיש מצעים (PET) מצופים בשכבת ההקרבה מסיס במים על מנת להקל על שחרור. אלקטרודות מורכבות מחלקיקי פחמן שחור התפזרו לתוך מטריצת סיליקון ובדוגמת שימוש בטכניקת הטבעה, מה שמוביל ל- מוגדרים במדויק אלקטרודות תואמות המציגות הידבקות גבוהה לקרום דיאלקטרי שעליו הם מיושמים.

ליהוק קרום סיליקון ברגע שקרום סיליקון משתחררים מהמצע PET ובודד במסגרת (בסוף השלב 2.2), העובי שלהם ניתן למדוד, למשל על ידי אינטרפרומטריה שידור. איור 6 מציג את ההומוגניות העובי של שכבת סיליקון לרוחב של מצע PET 200 מ&quot;מ 3 גבהים שונים פער יעיל (50, 100 ו -150 מיקרומטר) במהירות ליהוק של 1 מ&quot;מ / שנייה (שים לב שבגלל המוליך הוא רחב יותר מאשר מצע PET, הרגליים של שאר המוליך ב ואקום ולא על מצע PET עצמו, כפי שניתן לראות באיור 4 א. הפער האפקטיבי בין המוליך והמצע לכן שווה לגובה מוליך מינוס העובי של מצע PET. לדוגמא מצע PET של 125 מיקרומטר ו גובה מוליך של 225 מיקרומטר, המשמש בפרוטוקול, מוביל לפער אפקטיבי של 100 מיקרומטר). בשביל שגובה הפער יעיל 50 מיקרומטר, יש הבדל ברור בין גובה השמאל וצד ימין של שכבת סיליקון. סיבה לכך הוא בגובה של המוליך חייב להיות מוגדר באופן ידני בצד ימין ועל השמאל, ואיזו שגיאה היא בלתי נמנעת. עם זאת בהגדרה זהירה של המוליך, אנחנו בדרך כלל להשיג קרומים עם סטיית עובי סטנדרטית של פחות מ 1 מיקרומטר, שהוא במקרה לגובה 100 מיקרומטר היעיל הפער (σ = 0.81 מיקרומטר). כאשר גובה המוליך הופך גדול מדי, גליות מתחילה להופיע בקרום, הנגרם על ידי האידוי של הממס בתערובת סיליקון, כפי שנראה בקרום יצוק עם פער אפקטיבי של 150 מיקרומטר (איור 6). בין העובי הושג יבש סרט וגובה המוליך ביחס תלוי בתערובת סיליקון והמהירות של ליהוק. תערובת סיליקון המשמשת במאמר זה מורכב מסיליקון 2-חלקים, וממס כדי להקטין את viscosity של התערובת. כממס מתנדף מהקרום לפני הריפוי, ניתן לקבל הערכה של עובי סרט על ידי הכפלת גובה הפער היעיל על ידי חלק הנפח של מוצקים בתערובת סיליקון. עם זאת, יש השפעות דינמיות בנגרר של המוליך, מובילות יצירת המניסקוס ועובי דק יותר מהצפוי. בין גובה הפער ועובי קרום היבש וכתוצאה מכך ביחס תלוי במהירות הליהוק, גובה מוליך, ועל ידי צורת המוליך. איור 7 מציג את התוצאות של ניסוי שבו קרומים נוצקו במהירויות וגבהים שונים כדי להראות עד כמה פרמטרים אלה משפיעים עובי סרט יבש. ניתן לראות שהליהוק במהירויות גבוהות מוביל לקרומים דקים יותר, וכי ההשפעה של מהירות הופכת בולטת יותר כגובה הפער מגדיל. Actuation ביצועים המפעיל המפוברק כאן מאופיין בmeasuring הקוטר החיצוני של האלקטרודה כמו הבורג-כפונקציה של מתח שימושי. מצלמה בעמדה קבועה משמשת כדי לצלם תמונות של המפעיל כמתח מוגבר. התמונות מנותחות עם תסריט עיבוד תמונה (חזון, מכשירים לאומי) לכמת את הרחבת המפעיל. הדבר נעשה על ידי התאמת מעגל להיקף החיצוני של בורג כמו אלקטרודה (איור 8). הגידול בקוטר של המעגל מהמצב רגוע מוצג כמתיחת diametral (כלומר, הקוטר מונע מחולק בקוטר של המפעיל כאשר רגוע). התוצאות של שני מפעילים נפרדים של עובי זהה (34.5 מיקרומטר) מוצגות באיור 8. שני המכשירים לבצע באופן דומה עם מתיחת diametral של 10% במתח actuation של 4 קילו וולט. מהירות התגובה של המפעיל נמדדה על ידי יישום אות מרובעת 2 הרץ של 3 קילו וולט, שמוביל למתח של כ -4%. הרחבת actuator צולם עם מצלמה במהירות גבוהה עם רזולוציה של 0.25 אלפיות שניות זמן. קצה עלייה נתפס, עם 200 מסגרות (50 אלפיות שנייה) לפני הדק המתח, ו -200 מסגרות אחרי. התמונות שבי לאחר מכן נותחו כדי לחלץ את העיוות תלוית הזמן (איור 9). זמן העלייה (הזמן הדרוש כדי להגיע ל -90% מהעיוות הסופית) הוא 3.75 אלפיות שני, ואין השרץ viscoelastic נצפית לפני ואחרי צעד המתח, בניגוד למה שנצפה כאשר אלסטומרים אקריליק משמשים כקרום, שתעלו פעמים ב כמה מאות שניות בדרך כלל הם נצפו 12. יישום של זרימת התהליך למכשירים אחרים המפעיל מיוצר במאמר זה מדגים התהליך שלנו הייצור, כמו גם את עיקרון התפקוד הבסיסי של ה- DEA עם עלייה בשטח פנים של אלקטרודות על יישום של מתח, ולכן דוגמא טובה לזה הדרכה. עם זאת, זהיש מפעיל שום מטרה ספציפית אחרת מאשר מדגים את עיקרון actuation של DEA. עם זאת, התהליך שהוצג כאן הוא מאוד תכליתי ויכול לשמש לייצור מגוון רחב של מתמרים רכים שמטרת יישומים ספציפיים. אנו מציגים כאן כמה דוגמאות נבחרות של יישומים שפותחנו על בסיס מפעילים מפוברקים באמצעות מתודולוגיה הציגה. עדשות מתכונן בהשראת יו רכות כבר מפוברקות (איור 10 א). אלה הם מסוגלים לשנות אורך מוקד של 20% בפחות מ -200 μsec 9. המכשיר יכול להיות מונע ליותר מ -400 מיליון מחזורים ללא ירידה מורגשת בביצועי actuation, אשר מראה כי השילוב של חומרים ותהליכים מתאימים ייצור טובים לגרום Deas עם מהירויות תגובה מהירות וחיים ארוכים. עדשות של גיאומטריה דומה אבל נעשה באמצעות אלסטומר אקריליק המסחרי הנפוץ יש לי VHB רוחב פס יותר מ 3 סדרי גודל קטן יותר <sעד&gt; 9. דפוסי אלקטרודות תואמות עם הדפסת כרית מאפשר ביצוע אלקטרודות בדיוק מוגדרות מאוד, ובכך מאפשר הייצור של אלקטרודות בקנה מידה קטנה העצמאית באותו הקרום. זה למשל הפגין דרך הייצור של מנוע רוטרי מבוסס DEA הכולל שלוש אלקטרודות חשמליים עצמאיות (איור 10 ב). הציר ומסת הוכחה במרכז המנוע יכולים להסתובב ב1,500 סל&quot;ד 13. מושג המנוע נדחק נוסף כדי להראות שהדפסת הכרית גם יכול לייצר מפעילים אמינות. רובוט מתגלגל קומוטטוריים עצמי נבנה לרוץ הקפות לאורך מסלול מעגלי (10C איור). הרובוט נסע יותר מ -25 קילומטר במהירות ממוצעת של 15 סנטימטר / 13 שניות. יישומים אחרים שהופקו בתהליך הנוכחי (או שינויים קלים ממנו) כוללים מערכות לעיוותי תרבות תא 14, גנרטורים אלסטומר דיאלקטרי <sעד&gt; 15, grippers רב-קטע רך 16, או מסיטי מופע תדר הרדיו מתכונן מ&quot;מ-גל 17. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig1.jpg" /> איור 1. עיקרון יסוד של מפעילי אלסטומר דיאלקטרי למעלה:. (1A) בצורה הפשוטה ביותר שלה, ה- DEA מורכב מקרום אלסטומר רך דחוק בין שתי אלקטרודות תואמות. (1B) כאשר מתח DC מיושם בין האלקטרודות, החיובים אלקטרוסטטי הביאו על אלקטרודות ליצור לחץ דחיסה שלוחץ את הקרום, שהוביל לירידה בעובי והרחבת שטח. תחתון: (2 א) המפעיל המתואר בפרוטוקול מורכב מקרום המתוח על מסגרת. אלקטרודות החוזר משני צדי הקרום עם סיומות לגבול של הקרום כדי לאפשר חיבורי חשמל. Ar הפעילEA הוא האזור שבו שתי אלקטרודות חפיפה, כלומר, המעגל במרכז. (2B) כאשר מתח חשמלי, הכוח אלקטרוסטטי דוחס את הקרום. זה גורם לירידה של עובי הקרום באזור הפעיל, ועלייה של פני השטח של האלקטרודה. בגלל הקרום prestretched, האזור הפסיבי סביב האלקטרודה מרגיע כדי להכיל את ההתרחבות של האזור הפעיל המרכזי. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53423/53423fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig2.jpg" /> . איור 2. מפעיל המפגין מפוברק בפרוטוקול זה שמאל: מכשיר מוגמר הכולל קרום סיליקון מתוח על מסגרת קבועה, זוג אלקטרודה תואמת בדוגמת שני הצדדים של הקרום, וחיבורי חשמל. הר&quot;ילהילחם: תמונה מרוכבים המראה את מצב מנוחה (שחור) ומדינה מופעלת (ציאן). עלייה של 10% בקוטר של המבנה הוא ציינה עם 4 קילו וולט מוחל על פני האלקטרודות. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53423/53423fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig3.jpg" /> איור 3. התפוצץ נוף של המפעיל. הרכיבים השונים המרכיבים את המפעיל מיוצר בווידאו. בעל הקרום שומרת לעצמה את קרום סיליקון prestretched ומשמש כדי לתפעל את הקרום במהלך שלב הדפסת אלקטרודה. ברגע שהאלקטרודות נרפאו, מסגרת המפעיל מוכנסת בתוך בעל הקרום ומציעה מסגרת מבנית להחזיק המפעיל, ומגע חשמלי לאלקטרודה התחתונה. ברגע שהקרום קבוע למסגרת המפעיל,ניתן להסיר בעל mbrane. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53423/53423fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig4.jpg" /> סקירת איור 4. של תהליך הייצור. (א) יציקה של ממברנות סיליקון באמצעות coater מוליך סרט אוטומטי. חיתוך (ב &#39;) בלייזר של קרום סיליקון נרפא ותומך prestretch. צבת של קרום סיליקון על תמיכת prestretch (C). (ד) שחרור של קרום סיליקון ממצע PET ידי ההמסה של שכבת הקרבת PAA במים חמים. חיתוך (ה) סעיפים תמיכת prestretch מקשרים את האצבעות. (F) Prestretch והקפדה של בעל קרום אל פני השטח הקרום. (G) קלישה מלאה מנצחדיו uctive. (H) לייזר חרוט aligner אלקטרודה, דמות מראה הבלעה דוגמא של האלקטרודה מיושרת היטב. קרום (I) סיליקון עם אלקטרודה מבוילת. (J) מכשיר מוגמר. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53423/53423fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig5.jpg" /> איור 5. עיקרון פעולה של prestretcher הקרום. () אצבעות מתכת מספר מצורפות לannulus פלסטיק ומוגבלים לנוע ביניארי אופנה (רדיאלי) לאורכם. Annulus מוגבל לנוע circumferentially. Annulus הפלסטיק כמה מעוקל חריצים במכונה לתוכו, לתוכו סיכות המתכת של האצבעות מתגוררות. רדיוס של המעגל התוחמת קצה האצבעות הוא 1 R<html> . (ב) annulus prestretcher הוא הסתובב נגד כיוון השעון, האצבעות לתרגם בו זמנית, להגדיל את רדיוס המעגל התוחמת אצבע קצוות מR 1 עד 2 R. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53423/53423fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig6.jpg" /> איור 6. הומוגניות עובי של שכבות סיליקון יציקה. מדידת עובי של קרום סיליקון נרפא רוחב מצע PET 200 מ&quot;מ, שלוש הגדרות שונות של פער המוליך. מהירות הליהוק היא 1 מ&quot;מ / sec. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53423/53423fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> תוכן &quot;FO: לשמור-together.within עמודים =&quot; תמיד &quot;&gt; <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig7.jpg" /> איור 7. עובי סרט יבש כפונקציה של פרמטרים ליהוק. עובי סרט יבש מתקבל לגבהים שונים מוליך ומהירות לתערובת סיליקון-ממס של 62% תוכן מוצק לפי נפח. מהירות גבוהה יותר מובילה לקרומים דקים יותר להגדרות מוליך שווים, ואת ההשפעה של עלייה מהירה בעובי קרום הגדלת. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53423/53423fig7large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig8.jpg" /> איור 8. Actuation של המפגין. למתוח diametral בחוץ כפונקציה של המתח להחיל עבור שני מכשירים בעובי (לאחר prestretch) של 34.5 מיקרומטר. גידול של קוטר של כ 1<html> 0% שנצפו במתח המקסימאלי מיושם. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53423/53423fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig9.jpg" /> איור 9. תגובת הזנים לקלט צעד מתח. כיכר, 3 ק אות 2 הרץ מוחלת על המכשיר, יצירת מתח של כ -4% (ראה איור 8). הרחבת האזור הוא ציין עם מצלמה במהירות גבוהה ב 4000 מסגרת לשנייה. זה לוקח פחות מ 4 אלפיות שני למפעיל להגיע 90% מהממד הסופי שלה. לפני ואחרי המעבר, הממד של המפעיל יישאר יציב ולא מראה השרץ viscoelastic. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53423/53423fig9large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> הין-page = &quot;תמיד&quot;&gt; <img alt="איור 10" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig10.jpg" /> איור 10. מפעילי אלסטומר דיאלקטרי עשו עם זרימת התהליך מוצגת. שלוש דוגמאות של מפעילי אלסטומר דיאלקטרי שנעשו על ידי הבא המתודולוגיה שתוארה במסמך זה. עדשה () מהירה ורכה מתכונן מסוגלת לשנות אורך המוקד שלה ב -20% בפחות מ -200 μsec. (ב) אלסטומר רוטרי מיקרו-מוטורי מסוגלים מסתובב ב1,500 סל&quot;ד. (ג) עצמי קומוטטוריים רובוט מתגלגל. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53423/53423fig10large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators at JoVE.com

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

תהליך ייצור של מפעילי אלסטומר דיאלקטרי מבוסס סיליקון

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

fabrication-process-of-silicone-based-dielectric-elastomer-actuators

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Unit 1

Capacitance

SCIENTISTS IN ACTION

33.4K Views.  Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Video: Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

הכנת גשרי Electrohydrodynamic מנוזלי דיאלקטרי פולאר

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

כיצד להצית לחץ האטמוספרה מיקרוגל פלזמה לפיד ללא כל igniters נוסף

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their behavior for single stages of a process or even an entire process. For the simulation with occurring particle-particle and particle-wall contacts, the value of the coefficient of restitution is required. It can be determined experimentally. The coefficient of restitution depends on several parameters like the impact velocity. Especially for fine particles the impact velocity depends on the air pressure and under atmospheric pressure high impact velocities cannot be reached. For this, a new experimental setup for free-fall tests under vacuum conditions is developed. The coefficient of restitution is determined with the impact and rebound velocity which are detected by a high-speed camera. To not hinder the view, the vacuum chamber is made of glass. Also a new release mechanism to drop one single particle under vacuum conditions is constructed. Due to that, all properties of the particle can be characterized beforehand.

The coefficient of restitution is a parameter that describes the loss of kinetic energy during collision. Here, a free-fall setup under vacuum conditions is developed to be able to determine the coefficient of restitution parameter for particles in micrometer range with high impact velocities.

פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted researchers&#39; attention in many fields. Most of the studies focused on macroscopic LCE structures (films, fibers) and their miniaturization is still in its infancy. Recently developed lithography techniques, e.g., mask exposure and replica molding, only allow for creating 2D structures on LCE thin films. Direct laser writing (DLW) opens access to truly 3D fabrication in the microscopic scale. However, controlling the actuation topology and dynamics at the same length scale remains a challenge.
In this paper we report on a method to control the liquid crystal (LC) molecular alignment in the LCE microstructures of arbitrary three-dimensional shape. This was made possible by a combination of direct laser writing for both the LCE structures as well as for micrograting patterns inducing local LC alignment. Several types of grating patterns were used to introduce different LC alignments, which can be subsequently patterned into the LCE structures. This protocol allows one to obtain LCE microstructures with engineered alignments able to perform multiple opto-mechanical actuation, thus being capable of multiple functionalities. Applications can be foreseen in the fields of tunable photonics, micro-robotics, lab-on-chip technology and others.

Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

מתנעים אור בצורה חופשית - ייצור ובקרה של Actuation ב בקנה מידה מיקרוסקופי

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

טוען מלכודת אופטית של דיאלקטרי microparticles באוויר

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the manifold requirements during processing and application of such complex fluids. In this investigation, measuring protocols for a conclusive assessment of different process relevant rheological parameters have been evaluated. This includes the determination of yield stress, viscosity, wall slip velocity, structural recovery after large deformation and elongation at break as well as tensile force during filament stretching.
The importance of concomitant video recordings during parallel-plate rotational rheometry for a significant determination of rheological quantities is demonstrated. The deformation profile and flow field at the sample edge can be determined using appropriate markers. Thus, measurement parameter settings and plate roughness values can be identified for which yield stress and viscosity measurements are possible. Slip velocity can be measured directly and measuring conditions at which plug flow, shear banding or sample spillover occur can be identified clearly. 
Video recordings further confirm that the change in shear moduli observed during three stage oscillatory shear tests with small deformation amplitude in stage I and III but large oscillation amplitude in stage II can be directly attributed to structural break down and recovery. For the pastes investigated here, the degree of irreversible, shear-induced structural change increases with increasing deformation amplitude in stage II until a saturation is reached at deformations corresponding to the crossover of G' and G'', but the irreversible damage is independent of the duration of large amplitude shear. 
A capillary breakup elongational rheometer and a tensile tester have been used to characterize deformation and breakup behavior of highly filled pastes in uniaxial elongation. Significant differences were observed in all experiments described above for two commercial screen-printing silver pastes used for front side metallization of Si-solar cells.

A protocol for a robust and application relevant rheological characterization of highly concentrated suspensions is presented. Silver pastes used for screen-printing application in solar cell production are employed as model systems.

אתגרים ראולוגיות אפיון השעיות מרוכזות מאוד - מקרה עבור משחות כסף הדפסת מסך

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural studies by nuclear magnetic resonance (NMR) to nanotechnological developments including the formation of optically active and magnetically switchable gels. Such technologies require high control of the assembly size, magnetic response and thermal resistance. Mixtures of 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) and its lanthanide ion (Ln3+) chelating phospholipid conjugate, 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phospho-ethanolamine-diethylene triaminepentaacetate (DMPE-DTPA), assemble into highly magnetically responsive assemblies such as DMPC/DMPE-DTPA/Ln3+ (molar ratio 4:1:1) bicelles. Introduction of cholesterol (Chol-OH) and steroid derivatives in the bilayer results in another set of assemblies offering unique physico-chemical properties. For a given lipid composition, the magnetic alignability is proportional to the bicelle size. The complexation of Ln3+ results in unprecedented magnetic responses in terms of both magnitude and alignment direction. The thermo-reversible collapse of the disk-like structures into vesicles upon heating allows tailoring of the assemblies&#39; dimensions by extrusion through membrane filters with defined pore sizes. The magnetically alignable bicelles are regenerated by cooling to 5 &#176;C, resulting in assembly dimensions defined by the vesicle precursors. Herein, this fabrication procedure is explained and the magnetic alignability of the assemblies is quantified by birefringence measurements under a 5.5 T magnetic field. The birefringence signal, originating from the phospholipid bilayer, further enables monitoring of polymolecular changes occurring in the bilayer. This simple technique is complementary to NMR experiments that are commonly employed to characterize bicelles.

Fabrication procedures for highly magnetically responsive lanthanide ion chelating polymolecular assemblies are presented. The magnetic response is dictated by the assembly size, which is tailored by extrusion through nanopore membranes. The assemblies&#39; magnetic alignability and temperature-induced structural changes are monitored by birefringence measurements, a complimentary technique to nuclear magnetic resonance and small angle neutron scattering.

תהליכי ייצור ומדידות שבירה כפולה עבור תכנון יון לנתניד דיסקות מגיב Chelating פוספוליפיד להרכבות

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural ...

Predicting Catalyst Extrudate Breakage Based on the Modulus of Rupture

The mechanical strength of extruded catalysts and their natural or forced breakage by either collision against a surface or by a compressive load in a fixed bed are important phenomena in catalyst technology. The mechanical strength of the catalyst is measured here by its bending strength or flexural strength. This technique is relatively new from the perspective of applying it to commercial catalysts of typical sizes used in the industry. Catalyst breakage by collision against a surface is measured after a fall of the extrudates through the ambient air in a vertical pipe. Quantifying the impact force is done theoretically by applying Newton's second law. Measurement of catalyst breakage due to stress in a fixed bed is done following the standard procedure of the bulk crush strength test. Novel here is the focus on measuring the reduction in the length to diameter ratio of the extrudates as a function of the stress.

Here we present a protocol to measure the modulus of rupture of an extruded catalyst and the breakage of said catalyst extrudates by collision against a surface or by compression in a fixed bed.

שבירה Extrudate זרז נבואה על סמך המודולוס של קרע

The mechanical strength of extruded catalysts and their natural or forced breakage by either collision against a surface or by a compressive load in a ...

Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement during previous phase changes and applied shear. To determine the extent of these changes, we have developed a microfluidic device that enables repeated phase transitions induced by exchange of the surrounding fluid and microrheological characterization while limiting shear on the sample. This technique is &#181;2rheology, the combination of microfluidics and microrheology. The microfluidic device is a two-layer design with symmetric inlet streams entering a sample chamber that traps the gel sample in place during fluid exchange. Suction can be applied far away from the sample chamber to pull fluids into the sample chamber. Material rheological properties are characterized using multiple particle tracking microrheology (MPT). In MPT, fluorescent probe particles are embedded into the material and the Brownian motion of the probes is recorded using video microscopy. The movement of the particles is tracked and the mean-squared displacement (MSD) is calculated. The MSD is related to macroscopic rheological properties, using the Generalized Stokes-Einstein Relation. The phase of the material is identified by comparison to the critical relaxation exponent, determined using time-cure superposition. Measurements of a fibrous colloidal gel illustrate the utility of the technique. This gel has a delicate structure that can be irreversibly changed when shear is applied. &#181;2rheology data shows that the material repeatedly equilibrates to the same rheological properties after each phase transition, indicating that phase transitions do not play a role in microstructural changes. To determine the role of shear, samples can be sheared prior to injection into our microfluidic device. &#181;2rheology is a widely applicable technique for the characterization of soft matter enabling the determination of rheological properties of delicate microstructures in a single sample during phase transitions in response to repeated changes in the surrounding environmental conditions.

We demonstrate the fabrication and use of a microfluidic device that enables multiple particle tracking microrheology measurements to study the rheological effects of repeated phase transitions on soft matter.

שילוב מיקרופלואידיקה Microrheology כדי לקבוע מאפייני Rheological מחומר רך במהלך שלב חוזרות מעברים

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement ...

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending deformation and low input. However, their monotonous bending motion form in two-dimensional (2-D) space keeps them away from wide applications. This paper presents a detailed fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers, to explore their motions in three-dimensional (3-D) space. The design of oblique chambers enables actuators with tunable coupled bending and twisting capabilities, which gives them the possibility to move dexterously in flexible manipulators, to become biologically inspired robots and medical devices. The fabrication process is based on the molding method, including the silicone elastomer preparation, chamber and base parts fabrication, actuator assembly, tubing connections, checks for leaks, and actuator repair. The fabrication method guarantees the rapid manufacturing of a series of actuators with only a few modifications in the molds. The test results show the high quality of the actuators and their prominent bending and twisting capabilities. Experiments of the gripper demonstrate the advantages of the development in adapting to objects with different diameters and providing sufficient friction.

Here we present a fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers. The actuators are capable of generating coupled bending and twisting motions, which broadens their application in soft robotics.