實驗名稱：陣列式微致動器的制備與力電響應表征實驗

　　研究方向：生物力學與仿生、離子型電活性聚合物（EAP）材料，設計制備柔性致動器。

　　實驗目的：本實驗首先設計并制造了一種基于離子型EAP的微型驅(qū)動器陣列，以期用于二維培養(yǎng)細胞的動態(tài)力學刺激，并介紹這一陣列式微驅(qū)動器的原理設計、材料選取和制備過程，然后對該材料進行了微觀結(jié)構(gòu)表征和電學表征，同時搭建了測試平臺對該微驅(qū)動器進行了電致變形性能測試（定性觀察和定量表征），也改變微驅(qū)動器的尺寸，進行參數(shù)實驗以進一步驗證制備方法的可靠性。

　　測試設備：

　　1、微觀結(jié)構(gòu)：掃描電子顯微鏡、離子濺射儀

　　2、電學性能：方塊電阻測試儀

　　3、力學性能：原子力顯微鏡、微力傳感器、模擬信號變送器

　　4、電致變形：光學顯微鏡、激光位移傳感器、三向位移夾持平臺

　　5、數(shù)據(jù)采集與激勵：工控機、數(shù)據(jù)采集卡、功率放大器（AigtekATA-304）

　　6、數(shù)值模擬：COMSOLMultiphysics6.0軟件

圖1：電致變形性能測試平臺

　　實驗過程：

　　電致變形性能測試平臺通過Labview編寫程序生成正弦波、方波等波形（頻率直流至幾百赫茲、幅值小于10V），經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡輸出后由功率放大器（AigtekATA-304）轉(zhuǎn)化為驅(qū)動電壓，三向位移夾持平臺（夾具貼銅箔充當電極）固定待測試件并可調(diào)整其與傳感器的相對位置；感測部分從夾持平臺電極引出導線接數(shù)據(jù)采集卡同步采集驅(qū)動電壓（驗證與設置值一致性），用兩個銅環(huán)固定材料后，激光位移傳感器垂直對準微驅(qū)動器中心點測量實時橫向位移以表征面外變形；采集部分由數(shù)據(jù)采集卡將信號傳至工控機記錄，需提前設置信號輸入通道、參考單端模式接線方式，采樣頻率滿足“大于被測信號最高頻率2倍"的采樣定理，位移標定按“實際位移為模擬電壓值2倍"建立換算關(guān)系，電壓標定無需額外設置；測試環(huán)境為室溫15~25℃、濕度40%~50%RH，平臺還含阻滯力感測單元和響應電流感測單元。

　　實驗結(jié)果：

　　通過激光切割技術(shù)在支撐基底膜上制備直徑1.5mm的5×5圓孔陣列，以Nafion為芯層、PEDOT:PSS為電極層成功制成5×5離子型柔性微驅(qū)動器陣列，SEM表征顯示電極層與芯層、基底膜結(jié)合緊密，結(jié)構(gòu)連續(xù)致密，保障了工作穩(wěn)定性；孔外PEDOT:PSS表面電阻約6Ω/sq，換算后孔上微驅(qū)動器表面電阻約4Ω/sq，為電致動性能提供支撐，電致變形測試表明該陣列在不大的電荷載激勵下能產(chǎn)生規(guī)律、可控、快速的面外變形，變形與電壓大小和頻率相關(guān)，正弦電壓下最大位移約67μm，直流電下約63μm，參數(shù)實驗也驗證了其設計思路的可靠性與制備方法的可重復性。

　　產(chǎn)品推薦：ATA-304C功率放大器

圖：ATA-304C功率放大器指標參數(shù)

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