功率放大器在微致動器的制備與力電響應表征實驗中的應用

　　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的微型驅動器陣列，以期用于二維培養細胞的動態力學刺激，并介紹這一陣列式微驅動器的原理設計、材料選取和制備過程，然后對該材料進行了微觀結構表征和電學表征，同時搭建了測試平臺對該微驅動器進行了電致變形性能測試（定性觀察和定量表征），也改變微驅動器的尺寸，進行參數實驗以進一步驗證制備方法的可靠性。

　　測試設備：

　　1、微觀結構：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、數據采集與激勵：工控機、數據采集卡、功率放大器（AigtekATA-304）

　　6、數值模擬：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），經數據采集卡輸出后由功率放大器（AigtekATA-304）轉化為驅動電壓，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據采集卡同步采集驅動電壓（驗證與設置值一致性），用兩個銅環固定材料后，激光位移傳感器垂直對準微驅動器中心點測量實時橫向位移以表征面外變形；采集部分由數據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"建立換算關系，電壓標定無需額外設置；測試環境為室溫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。

　　實驗結果：

　　通過激光切割技術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離子型柔性微驅動器陣列，SEM表征顯示電極層與芯層、基底膜結合緊密，結構連續致密，保障了工作穩定性；孔外PEDOT:PSS表面電阻約6Ω/sq，換算后孔上微驅動器表面電阻約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生規律、可控、快速的面外變形，變形與電壓大小和頻率相關，正弦電壓下最大位移約67μm，直流電下約63μm，參數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。

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