研究目的
设计和制造具有结构色的表面纳米图案化可拉伸应变传感器，用于软体机器人中的无线应变可视化。
研究成果
所开发的颜色可调无线应变传感器无需电学测量即可通过颜色变化实现应变可视化，应变范围高达50%。结合聚焦离子束铣削与聚二甲基硅氧烷浇铸的制备工艺快速、简便且可重复。更大的传感器尖端能增强光反射，提升光学应变测量精度。该传感器适用于软体机器人应变分布测绘，并可通过半导体技术扩展至更大区域。
研究不足
图案周期带来几何限制；当模具孔径超过500纳米时，孔洞会相互重叠，导致无法制备纳米图案及产生结构色。同时需考虑制备成本与时间——聚焦离子束铣削在大面积加工时耗时较长。由于填充不完全和表面张力效应，针尖高度会低于模具高度。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用聚焦离子束（FIB）铣削制备模具与纳米压印向聚二甲基硅氧烷（PDMS）转移图案的联合方案。设计原理是通过构建亚微米衍射图案实现结构色效应及应变调色功能，理论模型包含用于应变计算的衍射方程。
2：样品选择与数据来源：
以硅晶圆作为模具基底。PDMS通过将Sylgard 184硅弹性体基料与固化剂按10:1重量比混合，并添加1:50重量比的黑硅颜料制备而成。样品尺寸为50毫米×50毫米，图案周期为520纳米。
3：实验设备与材料清单：
设备包括FIB系统（COBRA离子柱，Orsayphysics；UST-5100样品台，FEI）、原子力显微镜（AFM；NX-10，Park Systems）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM；MERLIN，Zeiss）、光学显微镜、光谱仪（FLAME-S-XR1，Ocean Optics公司）及样品操纵器。材料包含硅晶圆、PDMS（Sylgard 184，道康宁）和黑硅颜料。
4：实验流程与操作步骤：
该过程涉及在硅晶圆上通过不同束流（150皮安，300皮安）和驻留时间（0.1秒，0.2秒，0.4秒，0.8秒）进行纳米级模具的FIB铣削。PDMS混合物经脱气处理后注入模具，在低压条件下80°C固化2小时并脱模。使用AFM和FE-SEM评估几何形貌，光学测量采用45°入射角照明与垂直反射角检测。
5：1秒，2秒，4秒，8秒）进行纳米级模具的FIB铣削。PDMS混合物经脱气处理后注入模具，在低压条件下80°C固化2小时并脱模。使用AFM和FE-SEM评估几何形貌，光学测量采用45°入射角照明与垂直反射角检测。 数据分析方法：
5. 数据分析方法：数据分析包括通过AFM和FE-SEM测量几何参数（周期、深度、直径、高度），以及利用光谱仪分析反射光强度与波长。根据波长变化采用线性近似法计算应变值。
独家科研数据包，助您复现前沿成果，加速创新突破
获取完整内容-
Focused Ion Beam Stage
UST-5100
FEI
Positioning and movement for FIB milling process
暂无现货
预约到货通知
-
Field Emission-Scanning Electron Microscope
MERLIN
Zeiss
Capturing images of nanopatterned mould
立即获取同款设备
-
Silicon Elastomer
Sylgard 184
Dow Corning
Soft elastomer material for sensor substrate, mixed with base and curing agent
暂无现货
预约到货通知
-
Focused Ion Beam System
COBRA
Orsayphysics
Fabrication of nanoscale mould on silicon wafer via milling
暂无现货
预约到货通知
-
Atomic Force Microscope
NX-10
Park Systems
Evaluation of mould and PDMS tip geometry
暂无现货
预约到货通知
-
Spectrometer
FLAME-S-XR1
Ocean Optics Inc.
Measurement of reflected colour intensity and wavelength
暂无现货
预约到货通知
-
Black Silicon Pigment
Admixed with PDMS to enhance light absorption or coloration
暂无现货
预约到货通知
-
Optical Microscope
Observation of PDMS nanopatterned tip array and colour changes
暂无现货
预约到货通知
-
Sample Manipulator
Positioning samples for optical measurements
暂无现货
预约到货通知
-
登录查看剩余7件设备及参数对照表
查看全部
