有机硅为基础的介电弹性体致动器的制作工艺

硅胶膜铸造 一旦硅膜释放从PET基材和是独立于一帧（在步骤2.2的末端），它们的厚度可以测量，例如通过传输干涉。 图6示出了硅层的厚度均匀性在整个宽度对于3个不同的有效间隙的高度（50，100和150微米）以1毫米/秒的铸造速度200毫米的PET基板（注意，由于涂抹比PET基板更宽，涂敷剩下的对脚真空而不是PET基材本身上， 如在图4A中可以看出的涂抹器与衬底之间的有效间隙，因此等于涂抹高度减去PET基材的厚度，例如在PET为125μm基材和的225微米的涂敷器的高度，如在该协议中使用，导致了100微米的有效间隙）。对于50微米的有效间隙的高度，有聚硅氧烷层的左侧和右侧之间的明确的高度差。这是因为涂布器的高度必须在左边和右边手动设置，并且有一些误差是不可避免的。然而与涂抹的精心设定，我们一般得到的膜具有小于1微米的厚度标准偏差，这对于100微米的有效间隙高度（σ= 0.81微米）的情况下。当涂抹器高度变得过大，起伏开始出现在膜上，引起在硅氧烷混合物中的溶剂的蒸发，因为是在投与的150微米（图6）的有效间隙的膜可见。 所得到的干燥膜厚度和涂布器高度之间的关系取决于硅氧烷混合物和铸造速度。本文中所使用的聚硅氧烷混合物由2份硅氧烷，和一种溶剂，以减少在viscosity混合物。作为溶剂，从固化前的膜中蒸发，膜厚度的估计值可以通过在硅氧烷混合物的固体的体积分数乘以有效间隙高度来获得。但是，也有在涂抹器的尾随的动态效果，导致建立一个弯月面的和更薄的厚度超过预期。间隙的高度和所得干燥膜厚度之间的关系取决于铸造速度，施加器的高度，并且由施加器的形状。 图7示出了膜浇铸以不同的速度和高度的实验的结果显示这些参数如何影响干膜厚度。由此可以看出，铸造以高速导致较薄的膜，以及该速度的效果变得更加显着的间隙高度增加。 启动性能 这里制造的致动器的特征在于，测量电荷兰国际集团的榫状电极的外径作为所施加电压的函数。上的固定支架的摄像机被用来取致动器的图像作为电压增加。的图像与图像处理脚本（视觉，美国国家仪器）分析以量化所述致动器的膨胀。这是通过拟合圆板状电极的嵌齿的外周（图8）进行。在从松弛状态的圆的直径的增加表示为径向伸展（即，致动直径由致动器时松弛的直径除以）。两个独立的相同厚度（34.5微米）的致动器的结果示于图8中 。这两种设备与径向伸展的10％，在4千伏的致动电压性能类似。 致动器的响应速度下通过施加3千伏2赫兹的方波信号，导致约4％的应变测定。在ACTU的扩张员的拍摄用高速摄像机0.25毫秒的时间分辨率。上升沿被抓获，200帧（50毫秒）的电压触发前，200帧之后。其中然后分析以提取取决于时间的变形的图（ 图9）。上升时间（至达到90％的最终的变形所需要的时间）为3.75毫秒，而且没有观察到粘弹性蠕变之前和电压步骤后，不象当丙烯酸类弹性体被用作膜，为此，上升的时间所观察几百秒，通常观察到的12。 处理流程到其他设备中的应用 本文中所制造的致动器显示了我们的制造过程中，以及一个DEA的基本运作原理与增加施加电压的电极的表面面积，并且因此很好地说明本教程。但是，此执行器具有不超过展现着DEA的激励原则等具体目的。然而，这里提出的方法是非常通用的，可用于制造各种各样的软换能针对特定的应用程序。我们在座的应用，我们开发了基于驱动器的使用方法，提出了一个制造几个选定的案例。 软仿生可调镜头已制作（ 图10A）。这些都是能够在不到200微秒9改变焦距20％。该装置可被致动的时间超过400万次循环而不在启动性能，这表明适当材料和良好的制造工艺的结合导致DEAS具有快速响应速度和长寿命明显减少。相似的几何形状的透镜，但使用广泛使用的商业的丙烯酸弹性体的VHB具有带宽幅度小的3个以上的命令作出<s向上> 9。 构图兼容电极与移印允许制造非常精确地定义的电极，从而使独立的小型电极在相同的膜上的制造。例如，这是通过一个基于DEA旋转电动机，包括三个电独立电极（图10B）的制造中表现出来。在电机的中心轴线和检测质量可以旋转以1,500rpm 13。电机概念已被推进一步表明移印也可以产生可靠的致动器。一个自整流滚动机器人建成运行沿圆形轨道（ 图10C）圈。机器人行驶超过25公里以15厘米/秒13的平均速度。 已生产的本程序（或轻微的变体）的其它应用包括可变形的细胞培养系统14，介电弹性体生成器<s达> 15，多段软爪16，或可调谐毫米波射频移相器17。 的介电弹性体致动器图 1.基本 原理顶：（1A）在其最简单的形式中，DEA是由一个软的弹性体膜两个柔顺电极夹着的。 （1B）当直流电压施加在电极之间时，静电电荷所带来的电极创建一个压缩应力是挤压膜，从而导致厚度减小和表面扩张。底部：（2A）在协议中所描述的致动器包括延伸在框架上的膜。圆形电极是在膜的任一侧与延伸到膜的边界，以允许电连接。活动AREA是区，在那里的两个电极重叠， 即，圆的中心。 （2B）当施加电压时，静电力压缩该膜。这将导致减少的膜厚度，在有源区的，并增加了电极的表面的。由于膜预拉伸，在电极周围的被动区放松以适应中央活动区的扩张。 请点击此处查看该图的放大版本。 图2.演示致动器制造在这个协议中左：包含拉伸的硅氧烷膜固定在框架成品器件中，一对符合电极上图案化膜两侧的，并电连接。日GHT：复合图象示出静止状态（黑色）和激活状态（青色）。在结构的直径增加10％，与4千伏跨电极施加观察。 请点击此处查看该图的放大版本。 图3.爆炸视图致动器的。形成在视频制造的致动器的不同的组件。膜保持器保留了预拉伸的硅油膜，并用于操纵期间电极印刷工序的膜。一旦电极被固化，致动器帧被插入在膜保持器内，并同时提供一个结构框架以保持致动器，和一个电触点的底部电极。一旦膜被固定到致动器支架，所述箱mbrane持有人可以被删除。 请点击此处查看该图的放大版本。 图4. 概述制造工艺的。使用自动薄膜涂布器涂布机硅氧烷膜（A）的铸造。固化硅膜和预拉伸支架（B）激光切割。 （C）有机硅膜的预拉伸支持配售。 （D）将PAA牺牲层在热水中的释放从PET基材硅氧烷膜。 （E）切割的预拉伸支持部分链接的手指。 （F）的预拉伸膜和保持器的膜表面的附着。 （G）的点化充满CONDuctive油墨。 （H）激光蚀刻电极对准，插图图显示例如一个良好的排列电极。（ 我 ）硅膜凭盖有电极。 （J）成品设备。 请点击此处查看该图的放大版本。 膜prestretcher的图5的工作原理。（A）中的几个金属指附着到塑料环和被限制在沿其长度的直链（径向）的方式移动。环面被约束为沿周向移动。塑料环带有几个弯曲加工成其槽，在其中手指的金属针驻留。圆包围的手指的边缘的半径为 R 1 。 （ 二）prestretcher环逆时针，手指同时平移旋转，增加了圆形边界手指的半径，R 1边缘，R 2。 请点击此处查看该图的放大版本。 所述浇铸硅氧烷层的图6的厚度均匀性。在整个200毫米的PET衬底的宽度的固化的硅膜的厚度测量，对涂抹了三种不同的间隙设置。铸造速度为1毫米/秒。 请点击此处查看该图的放大版本。 内容“FO：保持together.within页=”总是“> 图7.干膜厚度为铸造参数的函数。干膜厚度获得不同涂布器高度和速度为硅氧烷溶剂混合物体积的62％的固体含量。较高的速度导致了更薄的薄膜平等敷贴设置，并随着膜厚速度增加的影响。 请点击此处查看该图的放大版本。 图8.致动的验证机的，外面径向拉伸作为所施加电压的两个设备具有34.5微米的厚度（预拉伸后）的函数。约1直径的增加0％是在应用最高电压变化。 请点击此处查看该图的放大版本。 图9.应变响应于电压阶跃输入 。方形，3千伏2赫兹信号被施加到装置，产生的约4％（ 见图 8）的菌株。的区域扩展以每秒4000帧观察用高速照相机。整个过程不到4毫秒的执行机构要达到90％，其最终尺寸。前后过渡期后，执行器的尺寸保持稳定，并没有表现出粘弹性蠕变。 请点击此处查看该图的放大版本。 <p class="jove_content" fo:keep-together.wit欣页="“总是”"> 图与所提出的处理流程做出10.介电弹性体致动器。通过下面的本文档中描述的方法制成介电弹性体致动器的三个例子。 （ 一）快速软调谐透镜能够改变，在不到200微秒其焦距了20％。 （二）旋弹性体微电机能够在旋转1500转的。 （三）自整流滚动机器人。 请点击此处查看该图的放大版本。