Development and realization of piezo jet printed electroactive polymer actuators

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorSaarinen, Ilkka
dc.contributor.advisorPylväs, Pasi
dc.contributor.authorKuusisto, Eero
dc.contributor.schoolKemian tekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorFranssila, Sami
dc.date.accessioned2023-01-29T18:07:57Z
dc.date.available2023-01-29T18:07:57Z
dc.date.issued2023-01-24
dc.description.abstractIn various studies, electroactive polymer sensors and actuators have been fabricated by screen printing and other film deposition methods. While they are suitable for large constant patterns, their downside is the slow tunability of the process and wasting material while spreading excess ink over the area. This thesis presents an easily controllable fabrication method for producing precisely shaped electroactive polymer actuators. The method combines two ink-on-demand printing methods, piezo jet printing for the functional electroactive polymer layer and aerosol jet printing for electrode layers. The layouts were designed with a CAD/CAM software, and the actuators are transparent and have precise shapes with exact thicknesses. The printing parameters were optimized, and the ink was deposited only to the wanted areas. After printing, the samples were annealed and polarized to form correctly aligned crystals in the polymer, enabling the actuator functionality. The visual sample quality was analyzed with a confocal scanner and a scanning electrode microscope. The electrical properties of the samples were measured with a multimeter to ensure they worked capacitively, and finally, the actuation properties were measured with a vibrometer. The development of electroactive polymer actuators is presented for the first time by piezo jet printing. The results show that electroactive polymer actuators can be fabricated with this method with >2 µm actuation, which is double the human fingertip threshold of sensing. The tunability and precision make them feasible to be used in applications needing various shapes, such as surface haptic applications.en
dc.description.abstractMonissa tutkimuksissa on valmistettu elektroaktiivisia polymeerisensoreita ja aktuaattoreita silkkipainannalla ja muilla kalvonvalmistusmenetelmillä. Nämä menetelmät sopivat hyvin suurille vakiomallisille kuvioille, mutta niiden heikkoutena on prosessin hidas muokattavuus ja materiaalihukka levittäessä ylimäärä materiaalia halutun alueen yli. Tässä diplomityössä esitellään helposti muokattava menetelmä tarkkamuotoisten elektroaktiivisten polymeeriaktuaattoreiden valmistamiseksi. Menetelmä yhdistää kaksi printtausmenetelmää joissa mustetta ammutaan vain haluttuihin kohtiin: piezotulostuksen elektroaktiivisille polymeerikerroksille, ja aerosolitulostuksen elektrodikerroksille. Aktuaattoreiden muoto on suunniteltu tietokoneohjelmalla, ja printatut näytteet ovat tarkkamuotoisia ja läpinäkyviä hyvällä paksuuskontrollilla. Printtauksen jälkeen näytteet lämpökäsitellään ja polarisoidaan oikein asemoitujen kiderakenteiden muodostamiseksi. Näytteiden visuaalinen laatu analysoitiin konfokaalisella skannerilla ja skannauselektronimikroskoopilla. Aktuaattoreiden kapasitiivinen toiminta varmistettiin yleismittarilla, ja aktuaatio-ominaisuuksia mitattiin vibrometrillä. Elektroaktiivisten polymeeriaktuaattoreiden kehitys ja valmistus piezoprinttaamalla esitetään ensimmäistä kertaa. Tuloksista nähdään, että tällä menetelmällä voidaan valmistaa yli 2 µm amplitudin aktuaattoreita, joka on tuplasti ihmisen sormenpään tuntoherkkyyteen verrattuna. Prosessin muokattavuus ja tarkkuus avaa mahdollisuuksia käyttää niitä sovelluksissa, joissa tarvitaan monipuolisesti erilaisia muotoja, esimerkiksi haptiikkasovelluksissa.fi
dc.format.extent54
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/119394
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-202301291744
dc.language.isoenen
dc.locationPKfi
dc.programmeMaster's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineeringfi
dc.programme.majorFunctional Materialsfi
dc.programme.mcodeCHEM3025fi
dc.subject.keywordelectroactive polymersen
dc.subject.keywordPVDFen
dc.subject.keywordprinted electronicsen
dc.subject.keywordhapticsen
dc.titleDevelopment and realization of piezo jet printed electroactive polymer actuatorsen
dc.titlePiezoprintattujen elektroaktiivisten polymeeriaktuaattoreiden kehitys ja toteutusfi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöfi
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
local.aalto.electroniconlyyes
local.aalto.openaccessno
Files
Collections
[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM