विलायक वाष्पीकरण-आधारित सरंध्रता नियंत्रण तकनीक का उपयोग करके नरम कैपेसिटिव दबाव सेंसर की संवेदनशीलता में वृद्धि
Summary
सॉल्वेंट वाष्पीकरण तकनीक पर आधारित एक सरल और लागत कुशल निर्माण विधि एक नरम कैपेसिटिव दबाव सेंसर के प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए प्रस्तुत की जाती है, जो मोल्डिंग पीडीएमएस / टोल्यूनि समाधान के विभिन्न द्रव्यमान अनुपातों का उपयोग करके ढांकता हुआ परत में छिद्र नियंत्रण द्वारा सक्षम है।
Abstract
नरम दबाव सेंसर नरम रोबोटिक्स और हैप्टिक इंटरफेस में “मैन-मशीन” स्पर्श संवेदना विकसित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। विशेष रूप से, माइक्रो-संरचित बहुलक मैट्रिक्स के साथ कैपेसिटिव सेंसर को उनकी उच्च संवेदनशीलता, व्यापक रैखिकता सीमा और तेज प्रतिक्रिया समय के कारण काफी प्रयास के साथ खोजा गया है। हालांकि, संवेदन प्रदर्शन में सुधार अक्सर ढांकता हुआ परत के संरचनात्मक डिजाइन पर निर्भर करता है, जिसके लिए परिष्कृत माइक्रोफैब्रिकेशन सुविधाओं की आवश्यकता होती है। यह लेख छिद्र को ट्यून करने के लिए विलायक वाष्पीकरण-आधारित विधि का उपयोग करके बेहतर संवेदनशीलता के साथ छिद्रपूर्ण कैपेसिटिव दबाव सेंसर बनाने के लिए एक सरल और कम लागत वाली विधि की रिपोर्ट करता है। सेंसर में लोचदार प्रवाहकीय बहुलक कंपोजिट (ईसीपीसी) से बने शीर्ष और निचले इलेक्ट्रोड के साथ बंधे एक छिद्रपूर्ण पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन (पीडीएमएस) ढांकता हुआ परत होती है। इलेक्ट्रोड को स्क्रैप-कोटिंग कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) -मिश्रित पीडीएमएस प्रवाहकीय घोल द्वारा मोल्ड-पैटर्न पीडीएमएस फिल्मों में तैयार किया गया था। बढ़े हुए संवेदन प्रदर्शन के लिए ढांकता हुआ परत की सरंध्रता को अनुकूलित करने के लिए, पीडीएमएस समाधान को चीनी छिद्र बनाने वाले एजेंट (पीएफए) को विभिन्न आकारों में फ़िल्टर करने या पीसने के बजाय विभिन्न द्रव्यमान अंशों के टोल्यूनि से पतला किया गया था। टोल्यूनि विलायक के वाष्पीकरण ने नियंत्रणीय छिद्रों के साथ एक छिद्रपूर्ण ढांकता हुआ परत के तेजी से निर्माण की अनुमति दी। यह पुष्टि की गई कि टोल्यूनि से पीडीएमएस अनुपात को 1: 8 से 1: 1 तक बढ़ाने पर संवेदनशीलता को दो गुना बढ़ाया जा सकता है। इस काम में प्रस्तावित शोध पूरी तरह से एकीकृत बायोनिक सॉफ्ट रोबोटिक ग्रिपर्स को बनाने की कम लागत वाली विधि को सक्षम बनाता है, जिसमें टेबल सेंसर मापदंडों के नरम संवेदी मेकेनोसेप्टर्स होते हैं।
Introduction
हाल के वर्षों में, लचीले दबाव सेंसर नरम रोबोटिक्स 1,2,3, “मैन-मशीन” हैप्टिक इंटरफेस4,5, और स्वास्थ्य निगरानी 6,7,8 में उनके अपरिहार्य अनुप्रयोग के कारण ध्यान आकर्षित कर रहे हैं। आम तौर पर, दबाव संवेदन के तंत्र में पीजोरेजिस्टिव 1,4,7, पीजोइलेक्ट्रिक 2,6, कैपेसिटिव 2,3,9,10,11,12,13 और ट्राइबोइलेक्ट्रिक 8 शामिल हैं। सेंसर। उनमें से, कैपेसिटिव प्रेशर सेंसर उनकी उच्च संवेदनशीलता, पहचान की कम सीमा (एलओडी) आदि के कारण स्पर्श संवेदन में सबसे आशाजनक तरीकों में से एक के रूप में खड़े हैं।
बेहतर संवेदन प्रदर्शन के लिए, माइक्रो-पिरामिड 2,9,14, माइक्रो-पिलर 15, और माइक्रो-पोर्स 9,10,11,12,13,16,17 जैसे विभिन्न माइक्रोस्ट्रक्चर को लचीले कैपेसिटिव प्रेशर सेंसर में पेश किया गया है, और सेंसिंग को और बेहतर बनाने के लिए निर्माण विधियों को भी अनुकूलित किया गया है। ऐसी संरचनाओं का प्रदर्शन। हालांकि, इनमें से अधिकांश संरचनाओं को परिष्कृत माइक्रोफैब्रिकेशन सुविधाओं की आवश्यकता होती है, जो विनिर्माण लागत और परिचालन कठिनाइयों को काफी बढ़ाती है। उदाहरण के लिए, नरम दबाव सेंसर में सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले माइक्रोस्ट्रक्चर के रूप में, माइक्रो-पिरामिड मोल्डिंग टेम्पलेट के रूप में लिथोग्राफिक रूप से परिभाषित और गीले-अंकित एसआई वेफर्स पर भरोसा करते हैं, जिसके लिए सटीक उपकरण और सख्त क्लीनरूम वातावरणकी आवश्यकता होती है। इसलिए, सूक्ष्म छिद्र संरचनाएं (छिद्रपूर्ण संरचनाएं) जो सरल निर्माण प्रक्रियाओं द्वारा और उच्च संवेदन प्रदर्शन को बनाए रखते हुए कम लागत वाले कच्चे माल के साथ बनाई जा सकती हैं, ने हाल ही में 9,10,11,12,13,16,17 का ध्यान आकर्षित किया है।. इस पर चर्चा की जाएगी, पीएफए और इसकी मात्रा को बदलने के नुकसान के साथ, हमारे अंश नियंत्रण विधि का उपयोग करने के लिए प्रेरणा के रूप में।
यहां, यह काम विलायक-वाष्पीकरण तकनीक पर आधारित एक सरल और कम लागत वाली विधि का प्रस्ताव करता है ताकि नियंत्रणीय छिद्र के साथ एक छिद्रपूर्ण लचीला कैपेसिटिव दबाव सेंसर बनाया जा सके। पूर्ण विनिर्माण प्रक्रिया में छिद्रपूर्ण पीडीएमएस ढांकता हुआ परत का निर्माण, इलेक्ट्रोड की स्क्रैप कोटिंग और तीन कार्यात्मक परतों का बंधन शामिल है। विशेष रूप से, यह काम चीनी / एरिथ्रिटोल मिश्रण टेम्पलेट के आधार पर छिद्रपूर्ण पीडीएमएस ढांकता हुआ परत बनाने के लिए एक निश्चित द्रव्यमान अनुपात के साथ पीडीएमएस / टोल्यूनि मिश्रित समाधान का अभिनव रूप से उपयोग करता है। इस बीच, एक समान पीएफए कण आकार समान छिद्र आकृति विज्ञान और वितरण सुनिश्चित करता है; इस प्रकार, पीडीएमएस / टोल्यूनि द्रव्यमान अनुपात को बदलकर सरंध्रता को नियंत्रित किया जा सकता है। प्रयोगात्मक परिणामों से पता चलता है कि प्रस्तावित दबाव सेंसर की संवेदनशीलता को पीडीएमएस / टोल्यूनि द्रव्यमान अनुपात को 1: 8 से 1: 1 तक बढ़ाकर दो गुना से अधिक बढ़ाया जा सकता है। टोल्यूनि द्रव्यमान अनुपात के कारण माइक्रोप्रोम दीवार मोटाई में भिन्नता की पुष्टि ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवियों द्वारा भी की जाती है। अनुकूलित सॉफ्ट कैपेसिटिव प्रेशर सेंसर क्रमशः 3.47% केपीए -1 और 0.2 एस की संवेदनशीलता और प्रतिक्रिया समय के साथ एक उच्च संवेदन प्रदर्शन दिखाता है। यह विधि नियंत्रणीय छिद्र के साथ एक छिद्रपूर्ण ढांकता हुआ परत के तेज, कम लागत और आसान संचालन निर्माण को प्राप्त करती है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह काम छिद्र को नियंत्रित करने के लिए विलायक वाष्पीकरण पर आधारित एक सरल विधि का प्रस्ताव करता है, और प्रयोगात्मक परिणामों की एक श्रृंखला ने इसकी व्यवहार्यता साबित कर दी है। यद्यपि लचीले कैपेसिटिव दबा?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को ग्रांट 62273304 के तहत चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| 3D printer | Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd | X-MAX | |
| 3D printing metarials | Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd | 3D Printing Filament PLA 1.75 mm | |
| Carbon nanotubes (CNTs) | XFNANO | XFM13 | |
| Data acquisition (DAQ) | National Instruments | USB6002 | |
| Double side tape | Minnesota Mining and Manufacturing (3M) | 3M VHB 4910 | 1 mm thick |
| Electrode metal mold | Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd | 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. | |
| Erythritol | Shandong Sanyuan Biotechnology Co.,Ltd. | ||
| Isopropyl Alcohol (IPA) | Sinopharm chemical reagent Co., Ltd | 80109218 | |
| LabVIEW | National Instruments | LabVIEW 2019 | |
| LCR meter | Keysight | EA4980AL | |
| Metal wire | Hangzhou Hongtong WIRE&CABLE Co., Ltd. | 2UEW/155 | |
| Microscope | Aosvi | T2-3M180 | |
| Numerical modeling software | COMSOL | COMSOL Multiphysics 5.6 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Chemical Company | SYLGAR 184 Silicone Elastomer Kit | Two parts (base and curing agent) |
| Sealing film | Corning | PM-996 | parafilm |
| Si wafer | Suzhou Crystal Silicon Electronic & Technology Co.,Ltd | ZK20220416-03 | Diameter (mm): 50.8 +/- 0.3 Type/Orientation: P/100 Thickness (µm): 525 +/- 25 |
| Silver conductive paint | Electron Microscopy Sciences | 12686-15 | |
| Stepping motor | BEIJING HAI JIE JIA CHUANG Technology Co., Ltd | 57H B56L4-30DB | |
| Sugar/erythritol template metal mold | Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd | This metal mold is a 5 mm thick square metal plate with a flat bottom square groove of 2.5 mm deep. | |
| Toluene | Sinopharm chemical reagent Co., Ltd | 10022819 |
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