介电弹性体致动器(dea)提供多种应用，包括触觉，软机器人和智能镜头。然而，由于缺乏具有低模量和高拉伸性的导电电极，它们的使用受到非固体电极的限制，阻碍了与其他系统的集成。在这项研究中，透明和可定图化的固体电极，实现了与常用的非固体电极(例如碳脂)相当的驱动性能，具有可拉伸和可定图化的导电聚合物，由PEDOT:PSS和PEG-PPG-PEG二丙烯酸酯(P123DA)组成。改变P123DA与PEDOT:PSS的比例，可以优化电气和机械性能，以实现静态和动态驱动下的柔性固体电极。发现P123DA与PEDOT:PSS的比例影响PEDOT:PSS纳米纤维的形成及其相关的电学和力学性能。此外，所制备的P123DA/PEDOT: PSS固体电极具有优异的光学透过率，超过95%。这项工作强调了调整不同固体电极特性以实现透明、可图案化和可拉伸的固体电极的潜力，增强了它们在不同领域的适用性。
制备
P123DA/PEDOT:PSS固体电极基DEA的制备:通过溶解P123DA(平均Mn = 5800)制备P123DA/PEDOT:PSS溶液。在PEDOT:PSS的水分散体中。以固含量比为1,10,20 (R = 1,10,20)的P123DA/PEDOT:PSS溶液为研究对象。制备的混合物中PEDOT:PSS的总浓度控制在5.5 mg mL−1。以40 mg mL−1的浓度在水中制备原始P123DA。此外，4 wt.%的苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰膦酸锂(Sigma Aldrich，产品编号:加入5 μl mL−1的氟表面活性剂(Capstone FS-30)，室温搅拌6 h。为了在硅晶片上制备P123DA/PEDOT:PSS电极，首先用5 wt.%的葡聚糖溶液自旋涂覆作为牺牲层，然后用50 mg/ mL的辛烷值在2000 rpm下旋转涂覆1分钟作为基板层，P123DA/PEDOT:PSS在2000 rpm下旋转涂覆1分钟。旋涂右旋糖酐和SEBS层后，在130°C下烘烤10分钟以确保溶剂干燥。将P123DA/PEDOT:PSS 在N2下交联20分钟，在130℃下烘烤10分钟。然后将膜浸入甲醇中1分钟，并在100°C下烘烤5分钟。使用金属掩模对P123DA/PEDOT:PSS电极进行氧等离子蚀刻，氧流量为2 sccm，在150 W下，R = 1, 10和20，分别为50,150和250 s。然后通过将右旋糖酐层溶解在去离子水中，将SEBS衬底支撑的P123DA/PEDOT:PSS电极从硅片衬底上释放出来。将SEBS上的电极层压在预拉伸的VHB 4905 (3 m)上，径向预拉伸比为3，以获得P123DA/PEDOT:PSS固体电极基DEA。
图解
图1:P123DA/PEDOT:PSS电极的制备。a) P123DA/PEDOT:PSS电极示意图。b) P123DA/PEDOT的制备方法:PSS电极基DEA。
图2：P123DA/PEDOT:PSS电极的电学和光学性质。a)不同P123DA/PEDOT:PSS比下P123DA/PEDOT:PSS电极在对数尺度上的电导率。b) P123DA/PEDOT:PSS电极厚度。c)对数比例尺上P123DA/PEDOT:PSS比例为1,10,20时的片电阻。d) P123DA/PEDOT:PSS电极的透射光谱。e) P123DA/PEDOT:PSS电极在3个样品上的平均透过率。f) P123DA/PEDOT:PSS电极透明度图。
图3：P123DA/PEDOT:PSS电极的形态和力学性能。a)纳米力学AFM图像(上:高度，下:模量)。b)平均DMT模量。
图4：P123DA/PEDOT:PSS电极的致动性能。a) 0.5 Hz动态驱动的面应变。b)静态驱动的面应变在三个样品上的平均值。c)动态驱动下不同固体电极的面应变比较。d) R = 10 P123DA/PEDOT:PSS和e)碳脂在0和3.5 kV下驱动的光学图像。f)花朵图案P123DA/PEDOT: 3kv PSS电极。
结论
本研究通过集成PEDOT:PSS和P123DA，提出了一种透明的、可图像化的固体电极，旨在取代碳脂等非固体电极。通过探索P123DA与PEDOT:PSS的不同配比，优化电极的电学和力学性能，制备出柔软、可拉伸、柔顺的固体电极。P123DA/PEDOT:PSS电极具有优异的透过率，超过95%，提供了完全透明和可图案化的固体电极选择。此外，优化后的P123DA/PEDOT:PSS固体电极的面致动率超过200%，与碳脂相当。此外，本研究强调了基于静态和动态驱动研究的特定应用需求的固体电极的电学和机械性能的重要性。对于需要较大驱动的静态应用，电极材料的模量和厚度是关键，允许在电导率方面妥协，以支持较低的模量和减少的厚度。然而，对于要求快速响应的动态应用，如振动触觉和飞行机器人，电导率成为影响驱动性能的重要因素。
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原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202411880
