Goephene:超敏石墨烯传感器

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简介:泡沫烯:超敏石墨烯传感器

关于:我想让电脑变得更疯狂。在巴拿马经营一个丛林制造空间。https://www.instagram.com/digital.naturalism.labs https://twitter.com/HikingHack https://www.youtube.com/user/blorgggggg https://github.com…

本教程将向您展示如何快速DIY GPutty(石墨烯腻子),这是一种超压敏感聚合物,可以用作各种项目和接口的鲁棒传感器。这个传感器是如此多功能和敏感,它可以做的事情,如监测你的呼吸和脉搏,只要坐在你的脖子上。这是一个山寨版(我叫它“goopheene”,明白吗?)的“GPutty”想法由科尔曼等人在三一学院(https://www.npr.org/sections/health-shots/2016/12/..。

这种DIY类型似乎几乎像这些家伙描述的实验室制造的东西一样敏感(我尝试重新创建他们给出的例子)。我已经成功地将其挂钩到微控制器和传感:

  • 心跳
  • 呼吸
  • 吞咽
  • 响亮的声音
  • 用餐巾点触摸
  • 超轻触摸与0.012 "单丝
  • 在附近的桌子上打字
  • 6月虫走走
  • 愤怒的蚂蚁(但不平静的蚂蚁 - 更稍后)
  • 惯性手势(比如把它戴在手指上或者在手指周围晃来晃去)

因此,请查看此操作,并加入我使用这种新的酷炫物质并弄清楚新型的新型接口来制作它!我也是一名教授,如果有人想用我写一篇论文发送给像TEI(有形,嵌入和体现的互动),UBIComp,或Chi(计算机人类互动),那么地方的类型可能对乐趣感兴趣我们可以用这个设计新的互动!

它仍然有点古怪和不可预测,但我们到了那里!也许你能帮助我改善这个!

这是一个简单的例子,我用一些头发在里面玩。

第1步:背景

背景

我已经工作了几年,试图设计一个廉价的模块化传感器用于学习蚂蚁在丛林树上的交通。它是挑战困难因为它需要足够便宜,才能在一棵树的多个部位安装多个传感器,以适应任意几何形状的厚树皮和不规则大小的树枝。最重要的是,它必须足够灵敏,才能探测到像小昆虫这样轻的东西。

去年,当我看到这个很酷的传感器的所有新闻时,我的耳朵充斥着这个酷炫的传感器,愚蠢的是三位一体学院的人使用与石墨烯混合的“愚蠢的腻子”的物质:https://hackaday.com/2016/12/18/flexible-sensitive..。在描述他们这个很酷的新发明的文章中,他们提到了它能做的所有很酷的事情,比如感知心跳,还有感觉到蜘蛛的脚步声从那以后,我一直在我的房子里工作,把各种各样的goos和凌乱的粉末混合在一起,直到我得到了一些似乎非常接近他们做的东西!

理论

通过用软硅氧烷聚合物组合石墨烯(石墨或碳粉(烟粉(烟灰))的超级导电形式),它们使传感器具有比电流压力传感器大的约250倍的感测的传感器。这意味着你可以感觉到一些大的事件(如摇晃或手指戳),同时是非常小的,微妙的互动(如通过你的皮肤的心跳)。

愚蠢的腻子是硅胶腻子

这种敏感度背后的原因似乎是由于愚蠢的腻子的奇怪侵权。在手之前我不知道的东西(尽管在过去的5年里使用硅胶)是愚蠢的腻子没有被命名,因为它是一个愚蠢的腻子,而是因为它是硅胶腻子!

注意我是一个可怕的化学家,这是我对正在发生的事情的基本理解。我基本上只会将东西混在一起,直到工作工作)

腻子基本上是硅油与硼酸混合而成。这些成分之间有一种特殊的关系,它们在硅油的长聚合物链之间形成特殊的“交联”键。这些化学键很整齐因为它们可以很容易地分离和重新连接。但是它们需要一点时间来断开这些键。所以当你敲击橡皮泥,或弹跳它,或做一些快速有力的动作时,橡皮泥没有时间重新排列它的键,它们锁住了所有的长聚合物分子,它感觉很硬!如果你动作缓慢,这些纽带很容易脱落,油灰就像一种黏糊糊的粘稠物!

这个家伙有一个伟大的老时间网站,给了一个快速概述的历史的橡皮泥。

http://www.waynesthisandthat.com/sillyputty.htm

石墨烯适合于腻子

当你将石墨烯引入到这种橡皮泥的动态化学基质中时,会发生一件很酷的事情。石墨烯基本上是经过超精炼的碳粉,所以它完全是由几个原子组成的血小板。当它处于这种状态时,它有特殊的特性,它可以把这些小板排成一行,变成真正的导电!

当它与橡皮泥混合时,石墨烯显然会沉淀到导电板层中,轻轻一碰橡皮泥,导电板就会粉碎。当这种情况发生时,石墨烯腻子的电阻急剧变化,但然后返回到原来的状态。

因此,如果将此可变电阻弹出到像许多其他电路中,您可以与Arduino(在分压器中折腾),并且您有一个很酷的新传感器!

步骤2:材料

原料

所有完成,我都说一个小斑点传感器不超过2-3美元的原材料。

工具

  • 安全手套
  • 护目镜
  • 搅拌棒
  • 餐巾纸
  • 放上铝箔纸(会弄得很乱)

第三步:他们的配方(正确的方法- GPutty)

他们的食谱(花式实验室,设备,化学品和时间)

原始无力的作者充分描述了制作石墨烯腻子的整个过程。本文介绍了它们如何实际混合和愚蠢的完整过程:http://science.sciencemag.org/content/sci/suppl/20..。

他们是知道自己在做什么的铁杆科学家。我甚至问他们要小费,他们很友好,但发出了警告(或挑战?)”要正确制作G-Butty并在更小的图形中,您需要完整的实验室设置和先决条件实验室和安全培训“

简而言之,要做他们的油灰,你需要

  1. 将硼酸与聚二甲基硅氧烷在加热板上混合1小时,然后冷却(使其成为原始腻子)
  2. 将腻子混合到石墨烯/氯仿分散体中
  3. 搅拌2小时,并以42千赫的声音再搅拌2小时
  4. 在45摄氏度的热板上搅拌6小时
  5. 让干燥12小时
  6. 混合45分钟,折叠和揉捏腻子

所以总的来说,这需要一整天的时间,还需要一些不错的设备和材料(但与其他工业产品相比还不算太糟)。

第4步:我们的食谱(豆汁 - 快和脏)

我们的配方(杯子,棍子,粘稠物,洗甲水,油灰)

相比之下,我们的食谱是一个更快,更容易在家里做!大约需要一个下午。关键是利用市售的傻油灰,并发现丙酮(作为指甲油去除剂随时可用)将油灰和石墨烯很好地溶解在一起,然后蒸发掉。这是快速配方

  1. 在一个杯子里,将一团油灰和丙酮混合。搅拌大约10分钟,直到它变得又好又粘。让我们再坐15分钟左右,摇动它来帮助打破它
  2. 在另一个杯子里,搅拌一些石墨烯粉末到丙酮中(使用的石墨烯(按体积计)大约是油灰的2倍。好好摇一摇!
  3. 舀出你愚蠢的油灰黏液,加入装满石墨烯的丙酮杯中。
  4. 真正大力地摇匀这个杯子,如10分钟(高级:你也可以在一个大的振动魔杖上设置它,让它混合20分钟)
  5. 经过它的摇动真的很好,它看起来像一个透明的液体,悬浮在其中的小点。
  6. 在通风良好的区域打开杯子,让丙酮蒸发
  7. 喷一小口硅油
  8. 将干的粘稠物和油混合,直到形成一种类似油灰的物质。

检查你的抵抗力,如果它混合得很好,那么它在它的大量石墨烯中有一点斑点应该具有50-200欧姆之间的抵抗力。(到目前为止我所得到的最好的是30欧姆!)。有些最终左右2k欧姆,他们仍然工作得非常好!

第五步:混合腻子

在一个杯子里,将一团油灰和丙酮混合。搅拌大约10分钟,直到它变得又好又粘。让我们再坐15分钟左右,摇动它来帮助打破它

第6步:分散石墨烯

在另一杯中加入一些石墨烯粉搅拌成丙酮。使用的石墨烯(按体积计算)大约是橡皮泥的2倍。这意味着大约4勺的混合物。

摇匀它!这将是一个黑色的黑色粘液。

步骤7:混合

把你现在粘糊糊的油灰倒进装满分散石墨烯的大桶里。

搅拌它,然后摇动很多。

你可能需要时不时地“打嗝”你的容器,因为丙酮会蒸发,形成一个压力容器,可能会爆炸黑色液体,弄得一团糟。

第8步:高级混合(推荐)

在官方食谱中,它们使用离心机和超声波搅拌机。如果您没有,请尝试使用简单的高电源后部按摩器!你可以在线获得10块钱!

如果你的粘液渗出来了,在上面戴上手套保持干净。你会注意到你的混合物立即开始变清。

注意现在粘性有200kohms的抵抗力,这将降低显着(至200欧姆),因为丙酮消失。

步骤9:蒸发掉丙酮

在通风良好的地方打开杯子,让丙酮蒸发掉。在你准备进行下一步之前,它应该是相当硬和干燥的。把它放在温暖的地方会有帮助!

第十步:喷上硅油,混合在一起,把它卷起来

你应该有一小罐干积垢。先别胡思乱想了。

我们的腻子和实验室培育的原始腻子的区别在于他们的腻子的粘性要小得多。在硬腻子中加入石墨烯会使腻子更硬(人们用这种方法制造碳复合材料)。所以我们需要加入一些硅油

步骤11:连接电路!

你可以把它直接连接到一个普通的旧arduino(就像arduino uno)上,就像一个普通的分压器。你会注意到触摸石墨烯斑点时的一些反应,但大部分的灵敏度将会丢失。

这是因为常规arduino只能读取0-1023的分辨率。

相反,我使用了一个具有它可以读取0-65535的分辨率的青少年3.2

它还具有DAC,可以为您提供高分辨率和噪声较少的非常具体的电压,而不是在板上的其他电压源。

此外,Teensy 3.2有很多选项,用于改进您的非常小的变化读数:https://cache.nxp.com/docs/en/application-note/an5 ...

也许有更好的方法可以使用奇特的惠斯通桥之类的东西来实现这一点,但我是这样连接的:

  1. 使用BLOB和大致相同值的电阻设置分压器电路作为BLOB。
  2. 使用DAC(引脚A14)作为电压源(因为它给我的噪音比连接到稳压器或Vin槽上的微小)
  3. 将分压器的传感器侧连接到引脚A10。
  4. 连接引脚A11(差动测量器的另一侧)到DAC

然后加载一些示例代码,我已经调整了这些目的:

https://github.com/quitmeyer/cophene-code.

开始摆弄它吧!

第12步:传感器设计

关于此传感器的最酷的事情是我们可以使用它的不同方式!我很高兴得到一些工作的东西,所以我还没有划伤过我们可以做的所有事情的表面!

这是我尝试过的一些事情和尝试的一些想法!

生物识别学

  • 把它举到脖子上,观察你的脉搏(或用围巾系上)
  • 注意当堵塞在你的脖子上时,它会衡量你的呼吸

运动

  • 将多个球体粘在手套上,用于测量不同手指的基本运动
  • 添加到其他类型的服装和配件!

多毛的传感器

  • 将一块薄薄的单丝粘在粘性中制作超敏感的毛发!

复合材料

你可以用其他物质覆盖你的gputty。铂固化和醋酸固化的硅酮都会粘在腻子上。这可以用来隔离黏液与其他导电表面,或将它们嵌入硅树脂假肢。

昆虫探测器

  • 我的目标是,中等大小的蚂蚁将只是通过走过它来触发它。我没有完全可以做到这一点。但如果你吓唬蚂蚁,他们抓住更难,那些脚步实际上是注册!
  • 较大的昆虫(如甲虫)将触发探测器!
  • 制作这个粘性的长股,并在树枝周围包裹它,并希望追踪

第13步:我尝试过的其他事情

一段时间以来,我一直在尝试完善这一方法,并在此过程中尝试了许多其他方法。

这是我做过的其他一些实验,也许它们会给你一些启发。它们并不总是一个好主意。

  1. 用甲醇或外用酒精溶解石墨烯和橡皮泥
    1. (相当不错,不如丙酮)
  2. 试着用孩子们的学校胶水而不是橡皮泥做硼砂泥
    1. (不敏感)
  3. 将各种硅橡胶与石墨烯混合
    1. 以一种正常的方式响应,而不是像橡皮泥那样)
  4. 用你的腻子混合镓
    1. 没有真正的混合,可能会释放有毒气体(或者我当天生病)
  5. 将醋酸固化硅橡胶与橡皮泥石墨烯混合(有趣的是,不会变硬,但实际上会使橡皮泥更湿滑一点!)需要更多的研究)
  6. 与硼砂或硼酸溶液混合(两者我都试过)
    1. 似乎没有帮助或做任何事情
  7. 用椰子油代替硅油混合
    1. 令人惊讶的是,终身杀死了导电性!
  8. 与磁性指纹粉混合
    1. 做磁性腻子(这是想傻,有什么意义?它会慢慢地吃掉磁铁?)这似乎并没有让你变得更敏感。
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    19日的讨论

    0.
    Blueduck.

    2年前

    哇,谢谢你!等不及要在一个项目上尝试一下,我的思绪在旋转。此外,如此丰富的信息。“愚蠢的腻子没有被命名,因为它是一个愚蠢的腻子”谁知道?不是我。

    0.
    KBorsum

    2年前介绍

    那么如何就可能的研究项目合作方式与您联系???

    0.
    Woofman.

    2年前

    很有趣。我不知道你为什么没穿衬衫。石墨烯的问题总是在最后一英里....但这似乎让我们离真正的应用更近了几个街区。

    0.
    Michaelatoz.

    2年前回复

    比衣服更容易洗掉碳酸碳......

    0.
    Michaelatoz.

    2年前

    对于你的蚂蚁/树研究,你想过把蚂蚁圈起来吗?使用一些他们不喜欢走路(润滑脂工作但概率不理想,也许有些用橡皮筋喜欢浸渍的东西他们不喜欢)作为一个乐队在分支/树干差距或管(或几间隔)集中他们的运动,使其更容易测量。

    0.
    Michaelatoz.

    2年前

    你试过改变物理尺寸/形状和它对灵敏度的影响吗?如果你铺开一张薄纸,把它切成小片,它可能会更敏感。

    0.
    KBorsum

    2年前介绍

    嗨……如果您能给我一个电子邮件地址,我将非常感激您能给我一个离线讨论的电子邮件地址,这是关于在大型动物中监控反刍周期的一个可能的应用——也可能是纸质的。谢谢你,凯利kborsum@dascor.com.

    0.
    H博士

    2年前

    我想知道你是否应该尝试通过二氯甲烷或甲基氯化甲烷,一种用于粘合丙烯酸的高挥发性液体来更换丙酮。它以此目的是商业上可用的,但比丙酮更具毒性。确保在通风橱或通风良好的地方工作。
    你也可以尝试以这种方式添加一些溶解的丙烯酸、聚苯乙烯或聚碳酸酯到石墨烯腻子中,改变其物理和电气性能。

    0.
    Johnc430.

    2年前

    当你对着麦克风吹气的时候它就响了,而不是当你对着麦克风说话的时候。为什么?
    连接到它的放大器的频率响应是多少?

    0.
    TechHobbit.

    2年前步骤13

    磁性腻子......这就像一个磁性传感器,有一点磁性,或者会在暴露于非常轻微的磁场时改变电阻?......或者只是被磁铁吸引?
    (磁指纹粉末是否以一种方式混合并破坏导电链接?)

    0.
    boblazek

    2年前

    感谢您非常有趣的Project.Can,您可以让我了解您用于连接Goophene的电路吗?
    谢谢你!

    0.
    Westfw.

    提示2年前步骤2

    “硅油”也可作为复印机的“墨粉熔断器油”,(相信它或不相信)Spa Ani-Foam Agent(虽然我怀疑后者是(大多数)水的漂亮稀释悬浮液。)实际上是很广泛的可用的各种粘度(取决于聚合物的分子量;它可能值得实验......(http://www.chemistrystore.com/有三种不同的粘度,只要你一次买一加仑!)

    0.
    挨名

    2年前

    感谢您分享您的食谱和想法。它让我想尝试一下,即使我还不一定有用。RTV硅氧烷的实验产生令人惊讶的结果,但也许硅油限制了反应物的自由交换?

    0.
    tweaq

    2年前回复

    是的,这是一个很好的观点。我忘了那部分。

    0.
    布洛格

    2年前回复

    Sugru和Ooogoo VS愚蠢的腻子之间有一个很大的区别。关于愚蠢的腻子的关键要素是它永远不会真正冻结,并且在这些液体和硬状态之间来回来回,这使得戈尼烯是独特的敏感性

    0.
    Davidf15

    2年前

    这真的很酷。

    告诉我更多关于敏感性的信息 - 你说它可以有250倍的范围,普通传感器和它非常敏感和自我愈合。

    如果您在休息300欧姆配置了300欧姆的块,则阻力有多高?它退回了多快的?

    我想,如果你的电路在检测呼吸,它可以感知到1-10帕斯卡的压力,并使电阻变化在1/65535到10/65535的数量级

    我真的很想尝试做一些并在https://en.wikipedia.org/wiki/Orders_of_magnitude_(压痕)上的一些压力

    0.
    詹姆斯41.

    2年前

    我想知道在填充物中发现的100%硅胶是否不仅可以用于防水衣服…将传感器更可靠地嵌入衣服中,比我现在在市场上看到的面料更划算?Awesome instructable, way to show all the applications and details.展示所有应用和细节的方法。如果有一个奖项类别,我肯定会投票支持。

    0.
    詹姆斯41.

    2年前回复

    我在想,在混合添加剂(如石墨烯/石墨烯)之前,先用矿物酒精稀释100%的硅酮,类似于以下说明:https://www.sledutah.com/id/easy-waterproof-c ...

    如果有读者还没有读过这个网站的话,这个指南让我想起了goopheene版本的网站:http://produceconsumerobot.com/biosensing/