JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

توفر هذه الورقة تقنية لتصنيع المكثفات الفائقة القائمة على الرقائق باستخدام طابعة نافثة للحبر. يتم وصف المنهجيات بالتفصيل لتوليف الأحبار ، وضبط معلمات البرامج ، وتحليل النتائج الكهروكيميائية للمكثف الفائق المصنع.

Abstract

هناك جهود هائلة في مختلف المجالات لتطبيق طريقة الطباعة النافثة للحبر لتصنيع الأجهزة القابلة للارتداء والشاشات وأجهزة تخزين الطاقة. ومع ذلك ، للحصول على منتجات عالية الجودة ، هناك حاجة إلى مهارات تشغيل متطورة اعتمادا على الخصائص الفيزيائية لمواد الحبر. وفي هذا الصدد، لا يقل تحسين معلمات الطباعة النافثة للحبر أهمية عن تطوير الخصائص الفيزيائية لمواد الحبر. في هذه الدراسة ، يتم تقديم تحسين معلمات برنامج الطباعة النافثة للحبر لتصنيع مكثف فائق. المكثفات الفائقة هي أنظمة تخزين طاقة جذابة بسبب كثافتها العالية للطاقة وعمرها الطويل وتطبيقاتها المختلفة كمصادر للطاقة. يمكن استخدام المكثفات الفائقة في إنترنت الأشياء (IoT) والهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء والمركبات الكهربائية (EVs) وأنظمة تخزين الطاقة الكبيرة وما إلى ذلك. تتطلب المجموعة الواسعة من التطبيقات طريقة جديدة يمكنها تصنيع الأجهزة بمقاييس مختلفة. يمكن لطريقة الطباعة النافثة للحبر اختراق طريقة التصنيع التقليدية ذات الحجم الثابت.

Introduction

في العقود الماضية ، تم تطوير طرق طباعة متعددة لمختلف التطبيقات ، بما في ذلك الأجهزة القابلة للارتداء1 والمستحضرات الصيدلانية2 ومكونات الفضاء الجوي3. يمكن تكييف الطباعة بسهولة لمختلف الأجهزة ببساطة عن طريق تغيير المواد المراد استخدامها. علاوة على ذلك ، فإنه يمنع إهدار المواد الخام. لتصنيع الأجهزة الإلكترونية، تم تطوير العديد من طرق الطباعة مثل طباعة الشاشة4 والطلاء بالدفع5 والطباعة الحجرية6. وبالمقارنة مع تقنيات الطباعة هذه، تتمتع طريقة الطباعة النافثة للحبر بمزايا متعددة، بما في ذلك تقليل نفايات المواد، والتوافق مع الركائز المتعددة7، والتكلفة المنخفضة8، والمرونة9، والمعالجة في درجات الحرارة المنخفضة10، وسهولة الإنتاج الضخم11. ومع ذلك ، بالكاد تم اقتراح تطبيق طريقة الطباعة النافثة للحبر لبعض الأجهزة المتطورة. هنا ، نقدم بروتوكولا يضع إرشادات مفصلة لاستخدام طريقة الطباعة النافثة للحبر لطباعة جهاز مكثف فائق.

تظهر المكثفات الفائقة، بما في ذلك المكثفات الزائفة والمكثفات الكهروكيميائية المزدوجة الطبقة (EDLCs)، كأجهزة لتخزين الطاقة يمكنها أن تكمل بطاريات الليثيوم أيون التقليدية12,13. على وجه الخصوص ، EDLC هو جهاز تخزين طاقة واعد بسبب تكلفته المنخفضة وكثافة الطاقة العالية وعمر الدورة الطويلة14. يستخدم الكربون المنشط (AC) ، الذي يحتوي على مساحة سطح محددة عالية وموصلية ، كمادة قطب كهربائي في EDLCs15 التجارية. تسمح خصائص التيار المتردد هذه ل EDLCs بأن يكون لها سعة كهروكيميائية عالية16. تحتوي EDLCs على الحجم السلبي في الأجهزة عند استخدام طريقة التصنيع التقليدية ذات الحجم الثابت. مع الطباعة النافثة للحبر، يمكن دمج EDLCs بالكامل في تصميم المنتج. ولذلك، فإن الجهاز الذي يتم تصنيعه باستخدام طريقة الطباعة النافثة للحبر أفضل وظيفيا من الجهاز الذي تم تصنيعه بواسطة المنهجيات الحالية ذات الحجم الثابت17. إن تصنيع EDLCs باستخدام طريقة الطباعة النافثة للحبر الفعالة يزيد من استقرار EDLCs وطول عمرها ويوفر عاملا حرا الشكل18. تم تصميم أنماط الطباعة باستخدام برنامج PCB CAD وتحويلها إلى ملفات Gerber. تمت طباعة الأنماط المصممة باستخدام طابعة نافثة للحبر لأنها تحتوي على تحكم دقيق ممكن من البرامج وإنتاجية عالية للمواد واستقرار الطباعة.

Protocol

1. تصميم نمط باستخدام برنامج ثنائي الفينيل متعدد الكلور CAD

  1. قم بتشغيل برنامج CAD. انقر فوق الزر "ملف " أعلى نافذة البرنامج. لتشكيل ملف مشروع جديد ، انقر فوق الزر جديد و Project .
  2. لإنشاء ملف اللوحة، انقر فوق الأزرار ملف وجديد ولوحة بالترتيب. قم بتعيين حجم الشبكة والقيم المتعددة والبديلة بالنقر فوق زر الشبكة على شكل شبكة في أعلى يسار نافذة ملف اللوحة التي تم إنشاؤها (أو النقر فوق عرض وشبكة بالترتيب في الجزء العلوي من النافذة).
  3. قم بتغيير كل من حجم الشبكة وقيمة alt من مم إلى بوصة حتى تتمكن الطابعة النافثة للحبر من قراءة نمط PCB CAD. اضغط على Finest لإجراء تعديلات دقيقة.
  4. صمم نمط المجمع الحالي وخط EDLC في شكل متداخل. تصميم نمط إلكتروليت البوليمر الهلامي (GPE) ومنصات التجميع الحالية في شكل مستطيل (الشكل 1).
    ملاحظة: عرض النمط: 43 ملم، ارتفاع النمط: 55 ملم، طول الخط: 40 ملم، عرض الخط: 1.0 ملم، المسافة من خط إلى خط: 1.5 ملم، وحجم الوسادة: 15 × 5 ملم2.
    1. نظرا لأن النمط النهائي يتكون من ثلاثة أنواع (الخط الموصل ، EDLC ، و GPE) ، فقم بتعيين الطبقات الثلاث على النحو التالي.
      1. انقر فوق عرض وإعدادات الطبقة بالترتيب في الجزء العلوي من النافذة. قم بإنشاء طبقات جديدة بالنقر فوق الزر طبقة جديدة في أسفل يسار نافذة الطبقات المرئية.
      2. في النافذة الجديدة (طبقة جديدة)، قم بإعداد الاسم واللون للطبقة الجديدة. لتمييز الطبقات بصريا ، قم بتعيين أسماء الطبقات الثلاث إلى المجمع الحالي و EDLC و GPE ، وقم بتغيير الألوان المقابلة بالنقر فوق المربع الموجود على يمين اللون.
    2. اضغط على Line في أسفل يسار الشاشة ، وانقر فوق الحقل الرئيسي (خلفية سوداء) ، واسحب لرسم خط. لتغيير سمك الخط، أدخل قيمة العرض الموجودة في الوسط العلوي بمقياس بوصة (1.0 مم = 0.0393701 بوصة).
    3. لتحرير طول السطر، انقر بزر الماوس الأيمن على السطر وانقر على خصائص في الأسفل. في الحقلين من وإلى، أدخل قيمتي x وy لنقطتي البداية والنهاية.
    4. لتعيين النقطة المرجعية للنمط، اضبط الزاوية العلوية اليمنى من النمط الموضح في الشكل 1 على (0,0). ارسم بقية النمط بناء على المعلومات المذكورة أعلاه.
    5. لضبط الحشو المرسوم على الطبقة المطلوبة، انقر بزر الماوس الأيمن فوق النقش وانقر فوق خصائص. ثم انقر فوق طبقة، واختر الطبقة المطلوبة.
    6. لرسم أنماط مستطيلة من لوحة المجمع الحالية وGPE، اضغط على Rect في أسفل يسار النافذة الرئيسية. انقر واسحب على الشاشة (الحقل الرئيسي) حيث يوجد النمط المرسوم مسبقا.
    7. للتحرير ، انقر بزر الماوس الأيمن على السطح المستطيل وانقر فوق خصائص في الأسفل. أدخل القيمة العلوية اليسرى (x,y) والقيمة السفلية اليمنى (x,y) للمستطيل في الحقلين من وإلى ، على التوالي. اضبط المستطيل على الطبقة المطلوبة كما هو مذكور في الخطوة 1.4.5.
  5. قم بتحويل ملف CAD الخاص بالنمط المصمم إلى تنسيق ملف Gerber الذي تتم قراءته بواسطة الطابعة النافثة للحبر.
    1. قبل تحويل ملف النمط المصمم، احفظ ملف اللوحة بتنسيق .brd. للحفظ ، انقر فوق ملف ، ثم فوق حفظ (أو اضغط على ctrl + S على لوحة المفاتيح).
    2. بعد الحفظ ، انقر فوق ملف في الجزء العلوي من النافذة وانقر فوق معالج CAM. لإنشاء ملف Gerber من الطبقة المطلوبة، قم بتعديل العناصر الموجودة ضمن Gerber of Output Files على الجانب الأيسر من النافذة، كما يلي.
    3. أولا ، احذف القوائم الفرعية مثل أعلى النحاس والنحاس السفلي عن طريق الضغط على "-" أدناه. اضغط على "+" وانقر على إخراج Gerber الجديد لإنشاء إخراج Gerber .
    4. على الجانب الأيسر من الشاشة، اضبط اسم الطبقة في الاسم والوظيفة على النحاس عن طريق الضغط على الترس الموجود على اليمين. اضبط نوع الطبقة على الأعلى واضبط رقم طبقة Gerber للمجمع الحالي ، EDLC و GPE على L1 و L2 و L3 ، على التوالي.
    5. في نافذة الطبقات في أسفل ملف Gerber ، انقر فوق تحرير الطبقات في أسفل اليسار ، وحدد كل طبقة مطلوبة.
    6. لتعيين اسم ملف الإخراج المراد إنشاؤه، قم بتعيين اسم ملف Gerber للإخراج في أسفل النافذة إلى ٪PREFIX/٪NAME.gbr.
    7. أخيرا ، انقر فوق Save Job في الجزء العلوي الأيسر من النافذة لحفظ الإعدادات. انقر فوق مهمة المعالجة في أسفل اليسار لإنشاء ملف Gerber.

2. توليف الحبر

ملاحظة: يستخدم حبر Ag المرن كحبر موصل لخط المجمع الحالي ووسادات التجميع.

  1. قم بإعداد حبر EDLC باستخدام التيربينيول والإيثيل سليلوز والكربون المنشط (AC) و Super-P والبولي فينيليدين ثنائي فلوريد (PVDF) و Triton-X على النحو التالي.
    1. استخدم 2,951 ميكرولتر من التربينيول مع لزوجة عالية كمذيب و 1.56 غرام من السليلوز الإيثيلي كمثخن. اضبط نسبة التيار المتردد إلى Super-P إلى PVDF على أنها 7:2:1 بوزن إجمالي قدره 1.8478 جم. بالإضافة إلى ذلك ، استخدم 49 ميكرولتر من Triton-X كخافض للتوتر السطحي للخلط.
    2. امزج جميع المواد لمدة 30 دقيقة باستخدام خلاط كوكبي. ضع مادة القطب الكهربائي المخلوطة جيدا في خرطوشة للطابعة النافثة للحبر وقم بطردها مركزيا عند 115 × g لمدة 5 دقائق.
  2. تحضير حبر GPE باستخدام كربونات البروبيلين (PC) و PVDF وبيركلورات الليثيوم (LiClO4) على النحو التالي.
    1. استخدم الكمبيوتر كمذيب ، و PVDF كمصفوفة البوليمر ، و LiClO4 كملح. وزن جميع مكونات GPE بحيث يكون التركيز المولي النهائي ل LiClO4 هو 1 M ، والوزن النهائي ٪ من PVDF هو 5 وزن.
    2. حرك جميع المكونات على درجة حرارة 140 درجة مئوية لمدة 1 ساعة حتى تذوب. بعد التقليب، قم بتبريد حبر GPE بشكل كاف وضعه في خرطوشة الحبر.

3. إعداد معلمة برنامج الطابعة النافثة للحبر

  1. قم بتشغيل برنامج الطابعة. انقر فوق الزر طباعة ، وحدد بسيط، ثم حدد الحبر الموصل المرن بالترتيب كما هو موضح في الشكل 2.
  2. قم بتحميل ملف Gerber للنمط المصمم باتباع السهم 1 في الشكل 3. اختر ملف Gerber الخاص بالخط الموصل وافتحه (انظر السهمين 2 و3 في الشكل 3). انقر فوق الزر التالي كما هو موضح في السهم 4.
  3. قم بإصلاح لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور كما هو موضح في الشكل 4A ، وقم بتركيب المسبار كما هو موضح في الشكل 4B.
  4. اضبط نقطة الصفر لطابعة ثنائي الفينيل متعدد الكلور من خلال المسبار بالنقر فوق الزر OUTLINE (انظر السهم الأحمر 1,4 في الشكل 5).
    ملاحظة: يتحرك المسبار فوق لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور بينما يعرض المخطط التفصيلي للنمط (انظر أسفل يمين الشكل 5).
  5. حرك صورة النمط على الشاشة عن طريق السحب (انظر السهم الأصفر المتقطع في الشكل 5). انقر فوق الزر OUTLINE مرة أخرى للتحقق مما إذا كان المسبار يتحرك عبر المسار المطلوب. انقر فوق NEXT (المشار إليه بالسهم 5 في الشكل 5).
  6. انقر فوق PROBE لقياس ارتفاع الركيزة للتحقق مما إذا كانت الركيزة مسطحة (الشكل 6).
    ملاحظة: يتم تحديد منطقة التحقيق على الركيزة تلقائيا بواسطة البرنامج المضمن في الطابعة.
  7. قم بإزالة المسبار بمجرد اكتمال قياس الارتفاع. أدخل خرطوشة الحبر في موزع الحبر وقم بتوصيل الفوهة (القطر الداخلي: 230 ميكرومتر) لإعداد الموزع.
  8. قم بتركيب كل موزع حبر (خط موصل ، EDLC ، GPE) ، واطبع نمط عينة بالضغط على زر CALIBRATE ، أثناء ضبط معلمات كل حبر (الشكل 7).
  9. تحقق بصريا من نتيجة الطباعة وسجل قيم المعلمات لكل حبر. راجع النتائج التمثيلية للحصول على التفاصيل.

4. طباعة الخط الموصل

ملاحظة: منذ الخطوات 4.1. إلى 4.7. وبالتداخل مع الفرع 3، لا يرد أدناه سوى موجز موجز لها.

  1. قم بتشغيل برنامج الطابعة النافثة للحبر وانقر فوق طباعة في قائمة البدء وحدد بسيط (الشكل 1).
  2. انقر فوق الزر " اختيار ملف" بجوار Ink لتحميل ملف النمط المصمم وانقر فوق NEXT (الشكل 3).
  3. قم بإصلاح لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الطابعة وقم بتثبيت المسبار (الشكل 4).
  4. تحقق من موضع النمط على الركيزة وقياس ارتفاع الركيزة (الشكل 5 والشكل 6).
  5. قم بإزالة المسبار، ثم قم بتركيب موزع الحبر الموصل (حبر Ag المرن).
  6. قم بتغيير معلمات برنامج الحبر الموصل بالنقر فوق الزر " إعدادات" (انظر الشكل 7 والجدول 1).
  7. اطبع نموذج نمط للتحقق مما إذا كان الإعداد من الخطوة 4.6 ناجحا.
  8. امسح نمط طباعة العينة باستخدام منديل تنظيف مبلل بالإيثانول.
  9. اطبع النمط المصمم للخط الموصل بالضغط على الزر START .
  10. بعد الطباعة ، عالج الخط الموصل عند 180 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. ثم ، قم بقياس الوزن المشترك للركيزة والخط الموصل.

5. طباعة خط EDLC

  1. حدد الخيار محاذاة على شاشة البدء لبرنامج الطابعة. قم بتحميل ملف نمط خط EDLC وانقر فوق التالي (راجع الخطوة 3.2).
  2. تأكد من اكتشاف موضع الخط الموصل من خلال نقطتي محاذاة لمحاذاة مواضع نمط خط EDLC والخط الموصل. ثم انتقل إلى نقطة عشوائية وتحقق مما إذا كان الموقع صحيحا.
  3. قم بقياس الارتفاع الكلي للخط الموصل للتحقق من ارتفاع فوهة الموزع فوق الخط الموصل بالنقر فوق زر PROBE (انظر الشكل 6).
  4. تغيير قيم معلمات البرامج الخاصة بأحبار EDLC (الشكل 7 والجدول 1).
  5. اطبع نموذج نمط للتحقق مما إذا كانت قيم معلمات البرنامج مناسبة. امسح نمط طباعة العينة باستخدام منديل تنظيف مبلل بالإيثانول. اطبع خط EDLC بالضغط على الزر START (ابدأ ).
  6. جفف خط EDLC المطبوع طوال الليل في درجة حرارة الغرفة لتبخر المذيب.
  7. لحساب وزن خط EDLC المجفف ، قم بقياس الوزن المشترك للركيزة والخط الموصل وخط EDLC.

6. طباعة نمط GPE

  1. حدد الخيار محاذاة على شاشة البدء لبرنامج الطابعة. قم بتحميل ملف Gerber الخاص بنمط GPE وانقر فوق NEXT (انظر الخطوة 3.2).
  2. تحقق من نقاط المحاذاة وانتقل إلى أي نقطة للتحقق مما إذا كان الموضع صحيحا.
  3. قم بقياس ارتفاع خط EDLC لتعيين الارتفاع الافتراضي للفوهة.
  4. تغيير قيم معلمات البرامج الخاصة بأحبار GPE (الشكل 7 والجدول 1).
  5. اطبع نموذج نمط للتحقق مما إذا كانت قيم معلمات البرنامج مناسبة.
  6. امسح نمط طباعة العينة باستخدام منديل تنظيف مبلل بالإيثانول. طباعة نمط GPE.
  7. للحصول على عملية تثبيت وتبخر المذيب المتبقي ، جفف نمط GPE في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة.

7. الاختبار الكهروكيميائي

  1. قم بإجراء القياسات الكهروكيميائية لجهاز المكثف الفائق المطبوع بالحبر باتباع الخطوات التالية. قم بتشغيل جهاز potentiostat وقم بتشغيل البرنامج لقياس قياس الفولتامتر الدوري (CV) ، والشحنة / التفريغ الجلفانوستاتيكي (GCD) ، والتحليل الطيفي للمعاوقة الكهروكيميائية (EIS).
    1. قم بتوصيل potentiostat بجهاز المكثف الفائق المطبوع مسبقا.
      ملاحظة: يتم استخدام أربعة خطوط اتصال في الجهد: القطب العامل (WE) ، مستشعر العمل (WS) ، القطب المضاد (CE) ، والقطب المرجعي (RE).
    2. قم بتوصيل خط WS بخط WE وخط RE بخط CE لأن الجهاز المصنع هو مكثف فائق متماثل.
    3. قم بتوصيل خط WE\WS وخط CE\RE بمنصات التجميع الحالية المعاكسة على جهاز المكثف الفائق.
  2. قم بإنشاء سلسلة من السير الذاتية وتشغيلها للحصول على النتيجة.
    1. قم بتشغيل البرنامج لإنشاء ملف التسلسل.
    2. انقر فوق الزر تسلسل جديد .
    3. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة 1.
    4. تحقق مما إذا كانت الإمكانات التي يعرضها البوتينيستات هي 0 فولت أم لا. إذا لم يكن الجهد 0 V ، فقم بما يلي.
      1. اضبط التحكم على أنه CONSTANT وللتكوين، واضبط النوع ك PSTAT، والوضع كعادي، والنطاق على أنه تلقائي. بالنسبة للجهد (V) ، اضبط Ref. كما Eref ، والقيمة كما 0.
      2. بالنسبة للشرط-1 من الشرط المقطوع، قم بتعيين العنصر كوقت الخطوة، وOP ك >=، و DeltaValue ك 1:00 وانتقل بعد ذلك كالتالي. بالنسبة إلى المتفرقات، اضغط على زر أخذ العينات واضبط العنصر كوقت (أوقاء)، وOP ك >= وDeltaValue ك 30.
    5. انقر فوق الزر إضافة لإنشاء الخطوة التالية.
      1. اضبط التحكم ك SWEEP وللتكوين، واضبط النوع ك PSTAT، والوضع على أنه CYCLE، والنطاق على أنه تلقائي. بالنسبة للأولي (V) والأوسط (V)، قم بتعيين المرجع ك Eref، القيمة ك 0. بالنسبة للنهائي (V)، قم بتعيين المرجع ك Eref والقيمة ك 800.00e-3.
      2. استخدم معدلات مسح الجهد 5 و 10 و 20 و 50 و 100 mV / s. لذلك ، وفقا لكل معدل مسح ضوئي ، قم بتعيين Scanrate (V / s) على أنه 5.0000e-3 و 10.000e-3 و 20.000e-3 و 50.000e-3 و 100.00e-3 ، على التوالي.
      3. بالنسبة إلى جميع معدلات المسح الضوئي، قم بتعيين وقت (وقتات) الهدوء ك 0 والشرائح ك 21. بالنسبة للشرط-1 من حالة القطع ، قم بتعيين العنصر كنهاية الخطوة وانتقل التالي كالتالي.
      4. لإعداد متفرقات، اضغط على زر أخذ العينات وقم بتعيين العنصر كوقت (وقتات) وOP كوقت >=. لكل معدل فحص، قم بتعيين DeltaValue ك 0.9375 و 0.5 و 0.25 و 0.125 و 0.0625.
    6. انقر فوق الزر " حفظ باسم" لحفظ ملف التسلسل الخاص باختبار السيرة الذاتية.
    7. انقر فوق تطبيق على CH وقم بتشغيل ملف التسلسل لاختبار السيرة الذاتية للحصول على النتيجة.
  3. قم بإنشاء سلسلة من GCD وقم بتشغيلها للحصول على النتيجة.
    1. قم بتشغيل البرنامج لإنشاء ملف التسلسل.
    2. انقر فوق الزر تسلسل جديد .
    3. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة 1.
    4. تحقق مما إذا كانت الإمكانات التي يعرضها البوتينيستات هي 0 فولت أم لا. إذا لم يكن الجهد 0 V ، فقم بما يلي.
      1. اضبط التحكم على أنه CONSTANT وللتكوين، واضبط النوع ك PSTAT، والوضع كعادي، والنطاق على أنه تلقائي. بالنسبة للجهد (V) ، اضبط المرجع على أنه Eref ، القيمة على 0.
      2. بالنسبة للشرط-1 من الشرط المقطوع، قم بتعيين العنصر كوقت الخطوة، وOP ك >=، و DeltaValue ك 1:00 وانتقل بعد ذلك كالتالي. لإعداد المتفرقات، اضغط على زر أخذ العينات وقم بتعيين العنصر كوقت (وقتات)، وOP ك >=، وDeltaValue ك 30.
    5. انقر فوق الزر "إضافة" لإنشاء الخطوة التالية (خطوة الشحن).
      1. اضبط التحكم ك CONSTANT وللتكوين، واضبط الكتابة ك GSTAT، والوضع كعادي، والنطاق على أنه تلقائي. بالنسبة إلى (A) الحالي، قم بتعيين المرجع ك ZERO.
      2. تتراوح الكثافة الحالية بين 0.01 A / g و 0.02 A / g. لذلك، قم بتعيين قيمة التيار (A) لكل كثافة تيار إلى 310.26e-6 و 620.52e-6.
      3. بالنسبة للشرط-1 من عنصر تعيين الشرط المقطوع كجهد ، OP ك > = ، DeltaValue ك 800.00e-3 ، وانتقل بعد ذلك كالتالي. بالنسبة لإعداد متفرقات، قم بتعيين العنصر كوقت (وقتات) وOP ك >= وDeltaValue ك 1.
    6. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة التالية (خطوة التفريغ).
      ملاحظة: يتم تعيين هذه الخطوة بنفس طريقة تعيين خطوة الشحن.
      1. اضبط قيمة التيار (A) لكل كثافة تيار على -310.26e-6 و-620.52e-6.
      2. بالنسبة للشرط-1 من عنصر تعيين الشرط المقطوع كجهد ، OP ك < = ، DeltaValue ك 0.0000e + 0 والانتقال التالي كالتالي. بالنسبة لإعداد متفرقات، قم بتعيين العنصر كوقت (أوقات) وOP ك >= و DeltaValue ك 1.
    7. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة التالية (خطوة الحلقة).
      1. قم بتعيين Control ك LOOP وللتكوين ، قم بتعيين النوع كدورة والتكرار ك 21.
      2. للشرط-1 من عنصر مجموعة الشروط المقطوعة في القائمة 1 كحلقة تالية. لكل كثافة تيارية، قم بتعيين Go Next ك STEP-2 ل 0.01 A/g وSTEP-5 ل 0.02 A/g.
    8. انقر على زر حفظ باسم لحفظ ملف تسلسل اختبار GCD.
    9. انقر فوق تطبيق على CH وقم بتشغيل ملف التسلسل لاختبار GCD للحصول على النتيجة.
  4. قم بإنشاء تسلسل من EIS وتشغيله للحصول على النتيجة.
    1. قم بتشغيل البرنامج الذي يمكنه إنشاء ملف التسلسل.
    2. انقر فوق الزر تسلسل جديد .
    3. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة 1.
      1. اضبط التحكم على أنه CONSTANT وللتكوين، واضبط الكتابة ك PSTAT، والوضع كمؤقت STOP، والنطاق على أنه تلقائي.
      2. نظرا لأن نافذة إمكانات التشغيل في هذه الدراسة تم تعيينها على أنها 0.0 إلى 0.8 فولت ، بالنسبة للجهد ، اضبط القيمة على 400.00e-3 ، وهي القيمة المتوسطة لنافذة جهد التشغيل. تعيين المرجع ك Eref.
    4. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة التالية.
      1. اضبط التحكم ك EIS وللتكوين، وقم بتعيين النوع ك PSTAT، والوضع ك LOG، والنطاق ك AUTO.
      2. اضبط نطاق التردد من 0.1 هرتز إلى 1 ميجاهرتز. لذلك، قم بتعيين الأولي (هرتز) والأوسط (هرتز) إلى 100.00e+6، والنهائي (هرتز) إلى 100.00e-3.
      3. كما هو مذكور في القسم 7.4.3.2 ، قم بتعيين قيمة التحيز (V) إلى 400.00e-3 ، وقم بتعيين المرجع إلى Eref.
      4. للحفاظ على استجابة خطية، اضبط السعة (Vrms) على 10.000e-3.
      5. اضبط الكثافة على 10 والتكرار على 1 لهذه التجربة.
    5. انقر على زر حفظ باسم لحفظ ملف تسلسل اختبار GCD.
    6. انقر فوق تطبيق على CH وقم بتشغيل ملف التسلسل لاختبار EIS للحصول على النتيجة.

النتائج

تم تصنيع الحبر وفقا للخطوة 2 ، ويمكن تأكيد خصائص الحبر وفقا للمرجع18. يوضح الشكل 8 الخصائص الهيكلية للحبر الموصل وحبر EDLC ، بالإضافة إلى الخصائص الريولوجية لحبر EDLC المبلغ عنها في البحث السابق18. يتم تلبيد الحبر الموصل جيدا لتشكيل مسارات توصيل مستمرة ?...

Discussion

يتم تضمين الخطوات الهامة في هذا البروتوكول في إعداد معلمة البرنامج لطباعة النمط المصمم عن طريق ضبط قيم المعلمات بدقة. يمكن أن تؤدي الطباعة المخصصة إلى التحسين الهيكلي والحصول على خصائص ميكانيكية جديدة19. يمكن استخدام طريقة الطباعة النافثة للحبر مع التحكم في معلمات البرامج لل...

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي إفصاحات.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من قبل الشركة الكورية للطاقة الكهربائية (رقم المنحة: R21XO01-24) ، وبرنامج تطوير الكفاءات لمتخصصي الصناعة في MOTIE الكورية التي تديرها KIAT (No. P0012453)، ومنحة جامعة تشونغ آنغ لأبحاث الدراسات العليا لعام 2021.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
2” x 3” FR­4 boardVolteraSKU: 1000066PCB substrate
Activated carbonMTINp-Ag-0530HT
Eagle CADAutodeskPCB CAD program
Ethyl celluloseSigma Aldrich4607048.0-49.5% (w/w) ethoxyl basis
Flex 2 conductive inkVolteraSKU: 1000333Flexible Ag ink
Lithium perchlorateSigma Aldrich634565
Propylene carbonateSigma Aldrich310328
PVDFSigma Aldrich182702average Mw ~534,000 by GPC
Smart ManagerZIVE LABver : 6. 6. 8. 9Electrochemical analysis program
Super-PHyundai
TerpineolSigma Aldrich432628
Thinky mixerThinkyARE-310Planetary mixer
Triton-XSigma AldrichX100
V-One printerVolteraSKU: 1000329PCB printer
ZIVE SP1WonatechPotentiostat device

References

  1. Valentine, A. D., et al. Hybrid 3D printing of soft electronics. Advanced Materials. 29 (40), 1703817 (2017).
  2. Liang, K., Carmone, S., Brambilla, D., Leroux, J. -. C. 3D printing of a wearable personalized oral delivery device: A first-in-human study. Science Advances. 4 (5), (2018).
  3. Joshi, S. C., Sheikh, A. A. 3D printing in aerospace and its long-term sustainability. Virtual and Physical Prototyping. 10 (4), 175-185 (2015).
  4. Wang, S., et al. Paper-based chemiluminescence ELISA: Lab-on-paper based on chitosan modified paper device and wax-screen-printing. Biosensors and Bioelectronics. 31 (1), 212-218 (2012).
  5. Vohra, V., et al. Low-cost and green fabrication of polymer electronic devices by push-coating of the polymer active layers. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (30), 25434-25444 (2017).
  6. Schüffelgen, P., et al. Selective area growth and stencil lithography for in situ fabricated quantum devices. Nature Nanotechnology. 14 (9), 825-831 (2019).
  7. Karim, N., Afroj, S., Tan, S., Novoselov, K. S., Yeates, S. G. All inkjet-printed graphene-silver composite ink on textiles for highly conductive wearable electronics applications. Scientific Reports. 9 (1), 8035 (2019).
  8. Singh, M., Haverinen, H. M., Dhagat, P., Jabbour, G. E. Inkjet printing-Process and its applications. Advanced Materials. 22 (6), 673-685 (2010).
  9. An, B., et al. Three-dimensional multi-recognition flexible wearable sensor via graphene aerogel printing. Chemical Communications. 52 (73), 10948-10951 (2016).
  10. Ko, S. H., Chung, J., Hotz, N., Nam, K. H., Grigoropoulos, C. P. Metal nanoparticle direct inkjet printing for low-temperature 3D micro metal structure fabrication. Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (12), 125010 (2010).
  11. Li, J., et al. Efficient inkjet printing of graphene. Advanced Materials. 25 (29), 3985-3992 (2013).
  12. Burke, A. Ultracapacitors: why, how, where is the technology. Journal of Power Sources. 91 (1), 37-50 (2000).
  13. Qorbani, M., Khajehdehi, O., Sabbah, A., Naseri, N. Ti-rich TiO2 tubular nanolettuces by electrochemical anodization for all-solid-state high-rate supercapacitor devices. ChemSusChem. 12 (17), 4064-4073 (2019).
  14. Areir, M., Xu, Y., Harrison, D., Fyson, J. 3D printing of highly flexible supercapacitor designed for wearable energy storage. Materials Science and Engineering: B. 226, 29-38 (2017).
  15. Fialkov, A. S. Carbon application in chemical power sources. Russian Journal of Electrochemistry. 36 (4), 345-366 (2000).
  16. Pandolfo, A. G., Hollenkamp, A. F. Carbon properties and their role in supercapacitors. Journal of Power Sources. 157 (1), 11-27 (2006).
  17. Egorov, V., Gulzar, U., Zhang, Y., Breen, S., O'Dwyer, C. Evolution of 3D printing methods and materials for electrochemical energy storage. Advanced Materials. 32 (29), 2000556 (2020).
  18. Seol, M. -. L., et al. All-printed in-plane supercapacitors by sequential additive manufacturing process. ACS Applied Energy Materials. 3 (5), 4965-4973 (2020).
  19. Park, S. H., Kaur, M., Yun, D., Kim, W. S. Hierarchically designed electron paths in 3D printed energy storage devices. Langmuir. 34 (37), 10897-10904 (2018).
  20. Sajedi-Moghaddam, A., Rahmanian, E., Naseri, N. Inkjet-printing technology for supercapacitor application: Current state and perspectives. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (31), 34487-34504 (2020).
  21. Komuro, N., Takaki, S., Suzuki, K., Citterio, D. Inkjet printed (bio)chemical sensing devices. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 405 (17), 5785-5805 (2013).
  22. Kim, J., Kumar, R., Bandodkar, A. J., Wang, J. Advanced materials for printed wearable electrochemical devices: A review. Advanced Electronic Materials. 3 (1), 1600260 (2017).
  23. Calvert, P. Inkjet printing for materials and devices. Chemistry of Materials. 13 (10), 3299-3305 (2001).
  24. Zhou, Z., et al. High-throughput characterization of fluid properties to predict droplet ejection for three-dimensional inkjet printing formulations. Additive Manufacturing. 29, 100792 (2019).
  25. Ebnesajjad, S., Ebnesajjad, S. . Handbook of Adhesives and Surface Preparation. , 21-30 (2011).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

177

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved