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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

נייר זה מספק טכניקה לייצור סופר-קבלים מבוססי שבבים באמצעות מדפסת הזרקת דיו. מתודולוגיות מתוארות בפירוט כדי לסנתז דיו, להתאים פרמטרי תוכנה, ולנתח את התוצאות האלקטרוכימיות של supercapacitor המיוצר.

Abstract

ישנם מאמצים כבירים בתחומים שונים ליישם את שיטת הדפסת הזרקת הדיו לייצור התקנים לבישים, צגים והתקני אחסון אנרגיה. כדי לקבל מוצרים באיכות גבוהה, עם זאת, כישורי פעולה מתוחכמים נדרשים בהתאם למאפיינים הפיזיים של חומרי הדיו. בהקשר זה, אופטימיזציה של הפרמטרים הדפסת הזרקת דיו חשובה כמו פיתוח המאפיינים הפיזיים של חומרי הדיו. במחקר זה, אופטימיזציה של הפרמטרים של תוכנת הדפסת הזרקת דיו מוצג לייצור supercapacitor. סופר-קבלים הם מערכות אטרקטיביות לאחסון אנרגיה בשל צפיפות ההספק הגבוהה שלהם, תוחלת החיים הארוכה והיישומים השונים כמקורות כוח. Supercapacitors ניתן להשתמש באינטרנט של דברים (IoT), טלפונים חכמים, מכשירים לבישים, כלי רכב חשמליים (EVs), מערכות אחסון אנרגיה גדולות, וכו '. המגוון הרחב של יישומים דורש שיטה חדשה שיכולה לייצר מכשירים בקנה מידה שונה. שיטת ההדפסה של הזרקת הדיו יכולה לפרוץ את שיטת הייצור הקונבנציונלית בגודל קבוע.

Introduction

בעשורים האחרונים פותחו שיטות הדפסה מרובות עבור יישומים שונים, כולל מכשירים לבישים1, תרופות2 ורכיבי תעופה וחלל3. ניתן להתאים את ההדפסה בקלות למכשירים שונים פשוט על ידי שינוי החומרים לשימוש. יתר על כן, הוא מונע בזבוז של חומרי גלם. כדי לייצר התקנים אלקטרוניים, פותחו מספר שיטות הדפסה כגון הדפסת מסך4, ציפוי דחיפה5 וליתוגרפיה6. בהשוואה לטכנולוגיות הדפסה אלה, לשיטת הדפסת הזרקת הדיו יש יתרונות רבים, כולל פסולת חומרים מופחתת, תאימות עם מצעים מרובים7, עלות נמוכה8, גמישות9, עיבוד בטמפרטורה נמוכה10 וקלות בייצור המוני11. עם זאת, היישום של שיטת ההדפסה הזרקת דיו בקושי הוצע עבור התקנים מתוחכמים מסוימים. כאן, אנו מציגים פרוטוקול הקובע קווים מנחים מפורטים לשימוש בשיטת הדפסת הזרקת הדיו להדפסת התקן supercapacitor.

סופר-קבלים, כולל פסאודו-קפלקטורים וקבלים אלקטרוכימיים דו-שכבתיים (EDLCs), מתגלים כהתקני אגירת אנרגיה שיכולים להשלים סוללות ליתיום-יון קונבנציונליות12,13. במיוחד, EDLC הוא התקן אגירת אנרגיה מבטיח בגלל העלות הנמוכה שלו, צפיפות הספק גבוהה וחיי מחזור ארוכים14. פחמן פעיל (AC), בעל שטח פנים ומוליכות ספציפיים גבוהים, משמש כחומר אלקטרודה ב- EDLCs מסחריים15. מאפיינים אלה של AC מאפשרים EDLCs יש קיבוליות אלקטרוכימית גבוהה16. ל- EDLCs יש את אמצעי האחסון הפסיבי בהתקנים כאשר נעשה שימוש בשיטת הייצור הרגילה בגודל קבוע. עם הדפסת הזרקת דיו, ניתן לשלב את ה- EDLCs באופן מלא בעיצוב המוצר. לכן, ההתקן שנוצר בשיטת ההדפסה של הזרקת הדיו טוב יותר מבחינה פונקציונלית מזו שהומצאה על ידי מתודולוגיות קיימות בגודל קבוע17. הייצור של EDLCs באמצעות שיטת ההדפסה היעילה של הזרקת דיו ממקסם את היציבות ואריכות הימים של EDLCs ומספק גורם צורה חופשית18. דפוסי ההדפסה תוכננו באמצעות תוכנית PCB CAD והוסבו לקבצי גרבר. התבניות המעוצבות הודפסו באמצעות מדפסת הזרקת דיו מכיוון שיש בה שליטה מדויקת התומכת בתוכנה, תפוקת חומרים גבוהה ויציבות הדפסה.

Protocol

1. עיצוב תבנית באמצעות תוכנית CAD PCB

  1. הפעל את תוכנית CAD. לחץ על לחצן קובץ על גבי חלון התוכנית. כדי ליצור קובץ פרוייקט חדש, לחץ על הלחצנים חדש ופרוייקט.
  2. כדי ליצור את קובץ הלוח, לחץ על הלחצנים קובץ, חדש ולוח לפי הסדר. הגדר את ערכי גודל הרשת, הערכים המרובים והחלופיים על-ידי לחיצה על לחצן הרשת בצורת רשת שינוי בפינה הימנית העליונה של חלון קובץ הלוח שנוצר (או לחיצה על הצג ורשת לפי הסדר בחלק העליון של החלון).
  3. שנה הן את גודל הרשת והן את הערך החלופי ממ"מ לאינץ' כך שמדפסת הזרקת הדיו תוכל לקרוא את תבנית ה- CAD של PCB. לחץ על המשובח ביותר כדי לבצע התאמות עדינות.
  4. עצב את התבנית של שורת המלקט וה- EDLC הנוכחית בצורה משולבת. עצבו את תבנית האלקטרוליטים הפולימריים של הג'ל (GPE) ואת רפידות האספן הנוכחיות בצורה מלבנית (איור 1).
    הערה: רוחב תבנית: 43 מ"מ, גובה תבנית: 55 מ"מ, אורך קו: 40 מ"מ, רוחב קו: 1.0 מ"מ, מרחב קו לקו: 1.5 מ"מ, וגודל כרית: 15 x 5 מ"מ2.
    1. מכיוון שהתבנית הסופית מורכבת משלושה סוגים (קו מוליך, EDLC ו- GPE), הגדר את שלוש השכבות באופן הבא.
      1. לחץ על הגדרות תצוגה ושכבה לפי הסדר בחלק העליון של החלון. צרו שכבות חדשות על-ידי לחיצה על הלחצן 'שכבה חדשה' בפינה הימנית התחתונה של החלון 'שכבות גלויות'.
      2. בחלון החדש (שכבה חדשה), הגדר את השם והצבע עבור השכבה החדשה. להבחנה חזותית בין השכבות, הגדר/י את שמות שלוש השכבות לאספן הנוכחי, EDLC ו-GPE, ושנה את הצבעים המתאימים על-ידי לחיצה על התיבה שמימין לצבע.
    2. הקש קו בפינה הימנית התחתונה של המסך, לחץ על השדה הראשי (רקע שחור) וגרור כדי לצייר קו. כדי לשנות את עובי הקו, הזן את הערך של רוחב הממוקם במרכז העליון בקנה מידה אינץ '(1.0 מ"מ = 0.0393701 אינץ ').
    3. כדי לערוך את אורך השורה, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על הקו ולחץ על מאפיינים בתחתית. בשדות 'מאת' ו ', הזן את ערכי ה- x וה- y של נקודות ההתחלה והסיום.
    4. לקביעת נקודת ההתייחסות של דוגמת המילוי, קבעו את הפינה הימנית העליונה של דוגמת המילוי המוצגת באיור 1 עד (0,0). צייר את שאר התבנית בהתבסס על המידע לעיל.
    5. לקביעת דוגמת המילוי המצוירת לשכבה הרצויה, לחצו לחיצה ימנית על דוגמת המילוי ולחצו על 'מאפיינים'. לאחר מכן, לחצו על שכבה ובחרו בשכבה הרצויה.
    6. כדי לצייר תבניות מלבניות של משטח המלקט הנוכחי ו- GPE, הקש Rect בפינה השמאלית התחתונה של החלון הראשי. לחץ וגרור על המסך (השדה הראשי) שבו קיימת התבנית שצוירה בעבר.
    7. כדי לערוך, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על המשטח המלבני ולחץ על מאפיינים בתחתית. הזן את הערך השמאלי העליון (x,y) ואת הערך הימני התחתון (x,y) של המלבן בשדות 'מאת' ו ', בהתאמה. הגדר את המלבן לשכבה הרצויה כאמור בשלב 1.4.5.
  5. המר את קובץ CAD של התבנית המעוצבת לתבנית הקובץ Gerber הנקראת על-ידי מדפסת הזרקת הדיו.
    1. לפני המרת קובץ התבנית המעוצב, שמור את קובץ הלוח בתבנית .brd כדי לשמור, לחץ על קובץ ולאחר מכן על שמור (או הקש ctrl + S בלוח המקשים).
    2. לאחר השמירה, לחץ על קובץ בחלק העליון של החלון ולחץ על מעבד CAM. ליצירת קובץ Gerber של השכבה הרצויה, שנה את הפריטים תחת Gerber of Output Files בצד שמאל של החלון, באופן הבא.
    3. תחילה, מחק את רשימות המשנה כגון נחושת עליונה ונחושת תחתונה על-ידי הקשה על '-' להלן. לחץ על '+' ולחץ על פלט גרבר חדש כדי ליצור פלט גרבר.
    4. בצד ימין של המסך, הגדר את שם השכבה בתיבה שם ופונקציה לנחושת על-ידי הקשה על גלגל השיניים מימין. הגדר את סוג השכבה למעלה והגדר את מספר שכבת גרבר של המלקט הנוכחי, EDLC ו- GPE ל- L1, L2, L3, בהתאמה.
    5. בחלון 'שכבות' בתחתית קובץ Gerber, לחצו על 'עריכת שכבות' בפינה הימנית התחתונה ובחרו בכל שכבה רצויה.
    6. כדי להגדיר את שם קובץ הפלט שיש ליצור, הגדר את שם קובץ הפלט של Gerber בתחתית החלון כ- %PREFIX/%NAME.gbr.
    7. לבסוף, לחץ על שמור עבודה בפינה הימנית העליונה של החלון כדי לשמור את ההגדרות. לחץ על משימת תהליך בפינה השמאלית התחתונה כדי ליצור קובץ Gerber.

2. סינתזת דיו

הערה: דיו Ag גמיש משמש כדיו מוליך עבור קו האספן והרפידות הנוכחיים.

  1. הכן דיו EDLC באמצעות טרפינול, אתילצלולוז, פחמן פעיל (AC), סופר-P, פוליווינילידן דיפלואוריד (PVDF) וטריטון-X כדלקמן.
    1. השתמש 2,951 μL של טרפינול עם צמיגות גבוהה כמו ממס ו 1.56 גרם של אתיל תאית כמעבה. הגדר את היחס בין AC ל- Super-P ל- PVDF כ- 7:2:1 עם משקל כולל של 1.8478 גרם. בנוסף, השתמש 49 μL של טריטון-X כפעיל פעילי שטח לערבוב.
    2. מערבבים את כל החומרים במשך 30 דקות באמצעות מערבל פלנטרי. מניחים את חומר האלקטרודה המעורב היטב במחסנית עבור מדפסת הזרקת הדיו וצנטריפוגה ב 115 x g במשך 5 דקות.
  2. הכן דיו GPE באמצעות פרופילן קרבונט (PC), PVDF, ליתיום perchlorate (LiClO4) כדלקמן.
    1. השתמש במחשב כממס, PVDF כמטריצת הפולימר, ו- LiClO4 כמלח. שקול את כל הרכיבים של GPE כך ריכוז הטוחנת הסופי של LiClO4 הוא 1 M, ואת המשקל הסופי % של PVDF הוא 5 wt%.
    2. מערבבים את כל הרכיבים בטמפרטורה של 140 מעלות צלזיוס למשך שעה אחת עד לפירוק. לאחר ערבוב, מצננים את דיו GPE מספיק ומניחים אותו במחסנית הדיו.

3. הגדרת פרמטר של תוכנת מדפסת הזרקת דיו

  1. הפעל את תוכנית המדפסת. לחצו על כפתור 'הדפס ', בחרו 'פשוט' ובחרו 'דיו מוליך גמיש ' לפי הסדר כפי שמוצג באיור 2.
  2. העלו את קובץ Gerber של התבנית המעוצבת על-ידי ביצוע החץ הראשון באיור 3. בחרו ופתחו את קובץ Gerber של קו ההולכה (ראו 2 ו-3 חצים באיור 3). לחץ על לחצן הבא כפי שצוין על ידי חץ 4.
  3. תקן את לוח ה-PCB כפי שמוצג באיור 4A, והתקן את הגשושית כפי שמוצג באיור 4B.
  4. התאם את נקודת האפס של מדפסת PCB באמצעות הגשושית על-ידי לחיצה על לחצן Outline (ראו חץ אדום 1,4 באיור 5).
    הערה: הגשושית עוברת מעל לוח ה-PCB ומציגה את קווי המתאר של התבנית (ראו בפינה השמאלית התחתונה של איור 5).
  5. הזיזו את תמונת דוגמת המילוי על המסך על-ידי גרירה (ראו את החץ המקווקו הצהוב באיור 5). לחץ על כפתור חלוקה לרמות פעם נוספת כדי לבדוק אם הגשושית נעה בנתיב הרצוי. לחצו על NEXT (מצוין על ידי החץ 5 באיור 5).
  6. לחצו על PROBE כדי למדוד את גובה המצע לבדיקה אם המצע שטוח (איור 6).
    הערה: אזור הבדיקה במצע נבחר באופן אוטומטי על-ידי התוכנית המוכללת במדפסת.
  7. הסר את הבדיקה לאחר השלמת מדידת הגובה. הכנס את מחסנית הדיו למתקן הדיו וחבר את הזרבובית (קוטר פנימי: 230 מיקרומטר) כדי להכין את המתקן.
  8. טען כל מתקן דיו (קו מוליך, EDLC, GPE) והדפס תבנית לדוגמה על-ידי לחיצה על לחצן כיול , תוך התאמת הפרמטרים של כל דיו (איור 7).
  9. בדוק באופן חזותי את תוצאת ההדפסה ורשום את ערכי הפרמטרים עבור כל דיו. ראה תוצאות נציגות לקבלת פרטים.

4. הדפסת הקו המוליכה

הערה: מאז שלבים 4.1. ל-4.7. חופפים עם סעיף 3, הם מסוכמים רק לזמן קצר להלן.

  1. הפעילו את תוכנית מדפסת הזרקת הדיו ולחצו על 'הדפס ' בתפריט ההתחלה ובחרו 'פשוט' (איור 1).
  2. לחצו על הלחצן 'בחר קובץ ' לצד 'דיו' כדי לטעון את קובץ התבנית המעוצבת ולחצו על NEXT (איור 3).
  3. תקן את לוח ה- PCB במדפסת והתקן את הבדיקה (איור 4).
  4. בדקו את מיקום התבנית במצע ומדדו את גובה המצע (איור 5 ואיור 6).
  5. הסר את הגשוש ולאחר מכן התקן את מתקן הדיו מוליך (דיו Ag גמיש).
  6. שנה את פרמטרי התוכנה של דיו מוליך על-ידי לחיצה על לחצן הגדרות (ראה איור 7 וטבלה 1).
  7. הדפס תבנית לדוגמה כדי לבדוק אם ההגדרה משלב 4.6 מצליחה.
  8. מחק את תבנית ההדפסה לדוגמה עם מגבון ניקוי לח באתנול.
  9. הדפס את התבנית המעוצבת של הקו המוליך על-ידי לחיצה על לחצן START .
  10. לאחר ההדפסה, לרפא את הקו מוליך ב 180 °C (50 °F) במשך 30 דקות. לאחר מכן, למדוד את המשקל המשולב של המצע ואת הקו מוליך.

5. הדפסת קו ה- EDLC

  1. בחר באפשרות מיושר במסך ההתחלה של תוכנית המדפסת. טען את קובץ תבנית השורה של EDLC ולחץ על NEXT (ראה שלב 3.2).
  2. ודא שהמיקום של קו המוליך מזוהה באמצעות שתי נקודות יישור כדי ליישר את מיקומי התבנית של קו EDLC וקו ההולכה. לאחר מכן, עבור לנקודה אקראית ובדוק אם המיקום נכון.
  3. מדוד את הגובה הכולל של קו ההולכה כדי לבדוק את הגובה של זרבובית המתקן מעל קו המוליך על-ידי לחיצה על כפתור PROBE (ראו איור 6).
  4. שנה את ערכי פרמטרי התוכנה של צבעי דיו מסוג EDLC (איור 7 וטבלה 1).
  5. הדפס תבנית לדוגמה כדי לבדוק אם ערכי פרמטרי התוכנה מתאימים. מחק את תבנית ההדפסה לדוגמה עם מגבון ניקוי לח באתנול. הדפס את קו ה- EDLC על-ידי לחיצה על לחצן התחל .
  6. יבש את קו EDLC המודפס לילה בטמפרטורת החדר כדי לאדות את הממס.
  7. כדי לחשב את המשקל של קו ה- EDLC היבש, מדוד את המשקל המשולב של המצע, קו המוליך וקו ה- EDLC.

6. הדפסת תבנית GPE

  1. בחר באפשרות מיושר במסך ההתחלה של תוכנית המדפסת. טען את קובץ Gerber של תבנית GPE ולחץ על NEXT (ראה שלב 3.2).
  2. בדוק את נקודות היישור ועבור לכל נקודה כדי לבדוק אם המיקום נכון.
  3. מדוד את הגובה של קו EDLC כדי להגדיר את גובה ברירת המחדל עבור הזרבובית.
  4. שנה את ערכי פרמטרי התוכנה של צבעי GPE (איור 7 וטבלה 1).
  5. הדפס תבנית לדוגמה כדי לבדוק אם ערכי פרמטרי התוכנה מתאימים.
  6. מחק את תבנית ההדפסה לדוגמה עם מגבון ניקוי לח באתנול. הדפס את תבנית ה- GPE.
  7. כדי לקבל תהליך ייצוב ולאדות את הממס שיורית, לייבש את דפוס GPE בטמפרטורת החדר במשך 24 שעות.

7. בדיקה אלקטרוכימית

  1. בצע את המדידות האלקטרוכימיות עבור התקן הסופר-קבל המודפס בהזרקת דיו לאחר השלבים הבאים. הפעל את התקן potentiostat ולהפעיל את התוכנית כדי למדוד וולטמטריה מחזורית (CV), מטען / פריקה galvanostatic (GCD), ספקטרוסקופיה עכבה אלקטרוכימית (EIS).
    1. חבר את הפוטנציוסטאט להתקן הסופר-קבל שהודפס קודם לכן.
      הערה: ארבעה קווי חיבור משמשים potentiostat: אלקטרודה עובדת (WE), חיישן עבודה (WS), אלקטרודת מונה (CE), ואלקטרודה התייחסות (RE).
    2. חבר את קו ה- WS לקו WE ואת קו ה- RE לקו CE מכיוון שההתקן המפוברק הוא סופר-קבל סימטרי.
    3. חבר את קו WE\WS ואת קו CE\RE לרפידות האספנים הנוכחיות ההפוכות בהתקן supercapacitor.
  2. צור רצף של קורות חיים והפעל אותו כדי לקבל את התוצאה.
    1. הפעל את התוכנית כדי ליצור את קובץ הרצף.
    2. לחץ על לחצן רצף חדש .
    3. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את שלב 1.
    4. בדוק אם הפוטנציאל המוצג על ידי potentiostat הוא 0 V או לא. אם הפוטנציאל אינו 0 V, בצע כדלהלן.
      1. הגדר את הפקד כ- CONSTANT ועבור קביעת תצורה, הגדר את סוג כ- PSTAT, מצב כרגיל וטווח כאוטוטומטי. עבור מתח (V), הגדר שופט. כ- Eref, וערך כ- 0.
      2. עבור תנאי-1 של תנאי ניתוק, הגדר פריט כזמן שלב, OP כ>=, DeltaValue כ- 1:00 ועבור הבא בתור הבא בתור. להגדרת שונות, לחץ על לחצן דגימה והגדר את פריט כזמן, OP כ- >= ו- DeltaValue כ- 30.
    5. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את השלב הבא.
      1. הגדר פקד כטאטא ולתצורה, הגדר סוג כ- PSTAT, מצב כ- CYCLIC וטווח כאוטוטומטי. עבור ראשוני (V) ואמצעי (V), הגדר את Ref. כ- Eref, ערך כ- 0. עבור סופי (V), הגדר את Ref. כ- Eref וערך כ- 800.00e-3.
      2. השתמש בקצבי סריקת מתח של 5, 10, 20, 50 ו- 100 mV/s. לכן, בהתאם לכל קצב סריקה, הגדר את Scanrate (V/s) כ - 5.0000e-3, 10.000e-3, 20.000e-3, 50.000e-3 ו- 100.00e-3, בהתאמה.
      3. עבור כל קצבי הסריקה, הגדר זמנים שקטים כ- 0 ומקטעים כ- 21. עבור תנאי-1 של תנאי ניתוק, הגדר פריט כסוף שלב ועבור הבא בתור הבא בתור.
      4. עבור ההגדרה שונות, לחץ על לחצן דגימה והגדר פריט כזמן ו- OP כ>=. עבור כל קצב סריקה, הגדר את DeltaValue כ- 0.9375, 0.5, 0.25, 0.125 ו- 0.0625.
    6. לחץ על לחצן שמירה בשם כדי לשמור את קובץ הרצף של בדיקת קורות החיים.
    7. לחץ על החל על CH ולהפעיל את קובץ הרצף של בדיקת קורות החיים כדי לקבל את התוצאה.
  3. צור רצף של GCD ולהפעיל אותו כדי לקבל את התוצאה.
    1. הפעל את התוכנית כדי ליצור את קובץ הרצף.
    2. לחץ על לחצן רצף חדש .
    3. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את שלב 1.
    4. בדוק אם הפוטנציאל המוצג על ידי potentiostat הוא 0 V או לא. אם הפוטנציאל אינו 0 V, בצע כדלהלן.
      1. הגדר את הפקד כ- CONSTANT ועבור קביעת תצורה, הגדר את סוג כ- PSTAT, מצב כנורמלי וטווח כאוטוטומטי. עבור מתח (V), הגדר Ref. כ- Eref, ערך כ- 0.
      2. עבור תנאי-1 של תנאי ניתוק, הגדר פריט כזמן שלב, OP כ- >=, DeltaValue כ- 1:00 ועבור הבא בתור הבא בתור. עבור ההגדרה שונות, לחץ על לחצן דגימה והגדר פריט כזמן, OP כ- >=ו- DeltaValue כ- 30.
    5. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את השלב הבא (שלב טעינה).
      1. הגדר את הפקד כקבוע ועבור קביעת תצורה, הגדר סוג כ- GSTAT, מצב כרגיל וטווח כאוטוטומטי. עבור נוכחי (A), הגדר את השופט כ- ZERO.
      2. הצפיפות הנוכחית משתנה בין 0.01 A/g ל- 0.02 A/g. לכן, הגדר את ערך הזרם (A) עבור כל צפיפות נוכחית ל- 310.26e-6 ו- 620.52e-6.
      3. עבור תנאי-1 של תנאי ניתוק להגדיר פריט כמתח, OP כמו > =, DeltaValue כמו 800.00e-3, ו עבור הבא בתור הבא. עבור ההגדרה שונות, הגדר פריט כזמן, OP כ- >= ו - DeltaValue כ - 1.
    6. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את השלב הבא (שלב פריקה).
      הערה: שלב זה מוגדר זהה לשלב הטעינה.
      1. הגדר את ערך הזרם (A) עבור כל צפיפות נוכחית ל- -310.26e-6 ו- -620.52e-6.
      2. עבור תנאי-1 של תנאי חתוך להגדיר פריט כמתח, OP כמו < =, DeltaValue כמו 0.0000e+0 ו עבור הבא בתור הבא. עבור ההגדרה שונות, הגדר פריט כזמן, OP כ- >= ו- DeltaValue כ- 1.
    7. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את השלב הבא (שלב לולאה).
      1. הגדר את הפקד כ- LOOP ועבור קביעת התצורה הגדר סוג כמחזור ואיטראציה כ- 21.
      2. עבור תנאי-1 של תנאי ניתוק הגדר פריט ברשימה 1 בתור הלולאה הבאה. עבור כל צפיפות נוכחית, הגדר את Go Next כ - STEP-2 עבור 0.01 A/g ו - STEP-5 עבור 0.02 A/g.
    8. לחץ על לחצן שמירה בשם כדי לשמור את קובץ הרצף של בדיקת GCD.
    9. לחץ על החל על CH ולהפעיל את קובץ הרצף של בדיקת GCD כדי לקבל את התוצאה.
  4. צור רצף של EIS והפעל אותו כדי לקבל את התוצאה.
    1. הפעל את התוכנית שיכולה ליצור את קובץ הרצף.
    2. לחץ על לחצן רצף חדש .
    3. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את שלב 1.
      1. הגדר את הפקד כקבוע ועבור קביעת תצורה, הגדר סוג כ- PSTAT, מצב כעצירת שעון עצר וטווח כאוטומטי.
      2. כאשר חלון פוטנציאל ההפעלה במחקר זה מוגדר כ- 0.0 עד 0.8 V, עבור מתח, הגדר ערך ב - 400.00e-3, המהווה את הערך הממוצע של החלון הפוטנציאלי ההפעלה. הגדר שופט כארף.
    4. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את השלב הבא.
      1. הגדר את הפקד כ- EIS ועבור קביעת תצורה, הגדר סוג כ- PSTAT, מצב כ- LOG וטווח כאוטוטומטי.
      2. הגדר את טווח התדרים כ- 0.1 הרץ עד 1 MHz. לכן, הגדר את ההתחלתי (הרץ) והאמצעי (הרץ) ל- 100.00e+6 ואת הגמר (הרץ) ל- 100.00e-3.
      3. כפי שצוין בסעיף 7.4.3.2, הגדר את ערך ההטיה (V) ל- 400.00e-3 והגדר את השופט לאריף.
      4. כדי לשמור על תגובה ליניארית, הגדר את המשרעת (Vrms) ל - 10.000e-3.
      5. הגדר את Density כ - 10 ואת איטרציה כ - 1 עבור ניסוי זה.
    5. לחץ על לחצן שמירה בשם כדי לשמור את קובץ הרצף של בדיקת GCD.
    6. לחץ על החל על CH ולהפעיל את קובץ הרצף של בדיקת EIS כדי לקבל את התוצאה.

תוצאות

הדיו היה מסונתז על פי שלב 2, ואת המאפיינים של הדיו ניתן לאשר על פי reference18. איור 8 מציג את התכונות המבניות של דיו מוליך ודיו EDLC, כמו גם את התכונות הריאולוגיות של דיו EDLC שדווחו במחקר הקודם18. הדיו מוליך הוא sintered היטב כדי ליצור נתיבי מוליך מתמשכים, ואת החס?...

Discussion

השלבים הקריטיים בפרוטוקול זה מעורבים בהגדרת פרמטר התוכנה כדי להדפיס את התבנית המעוצבת על-ידי התאמה עדינה של ערכי הפרמטרים. הדפסה מותאמת אישית יכולה להוביל לאופטימיזציה מבנית ולהשגת תכונות מכניות חדשות19. ניתן להשתמש בשיטת הדפסת הזרקת הדיו עם בקרת פרמטרי תוכנה להדפסה מתוחכמת...

Disclosures

למחברים אין גילויים.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי חברת החשמל של קוריאה (מספר מענק: R21XO01-24), תוכנית פיתוח הכשירות למומחי התעשייה של MOTIE הקוריאני המופעלת על ידי KIAT (לא. P0012453), ומלגת המחקר לתארים מתקדמים באוניברסיטת צ'ונג-אנג 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