JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Bu kağıt, mürekkep püskürtmeli yazıcı kullanarak çip tabanlı süper kapasitörler üretmek için bir teknik sağlar. Mürekkepleri sentezlemek, yazılım parametrelerini ayarlamak ve üretilen süper kapasitörün elektrokimyasal sonuçlarını analiz etmek için metodolojiler ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.

Özet

Giyilebilir cihazların, ekranların ve enerji depolama cihazlarının üretimi için mürekkep püskürtmeli baskı yöntemini uygulamak için çeşitli alanlarda muazzam çabalar vardır. Bununla birlikte, yüksek kaliteli ürünler elde etmek için, mürekkep malzemelerinin fiziksel özelliklerine bağlı olarak gelişmiş çalışma becerileri gereklidir. Bu bağlamda, mürekkep püskürtmeli baskı parametrelerini optimize etmek, mürekkep malzemelerinin fiziksel özelliklerini geliştirmek kadar önemlidir. Bu çalışmada, bir süper kapasitörün üretimi için inkjet baskı yazılımı parametrelerinin optimizasyonu sunulmuştur. Süper kapasitörler, yüksek güç yoğunluğu, uzun ömürleri ve güç kaynağı olarak çeşitli uygulamaları nedeniyle çekici enerji depolama sistemleridir. Süper kapasitörler Nesnelerin İnterneti (IoT), akıllı telefonlar, giyilebilir cihazlar, elektrikli araçlar (EV'ler), büyük enerji depolama sistemleri vb. Yerlerde kullanılabilir. Geniş uygulama yelpazesi, çeşitli ölçeklerde cihazlar üretebilen yeni bir yöntem gerektirmektedir. Mürekkep püskürtmeli baskı yöntemi, geleneksel sabit boyutlu üretim yöntemini kırabilir.

Giriş

Geçtiğimiz on yıllarda, giyilebilir cihazlar1, farmasötikler2 ve havacılık bileşenleri3 dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için birden fazla baskı yöntemi geliştirilmiştir. Baskı, sadece kullanılacak malzemeleri değiştirerek çeşitli cihazlar için kolayca uyarlanabilir. Ayrıca hammadde israfını da önler. Elektronik aygıtların üretimi için serigrafi4, push-coating5 ve litografi6 gibi çeşitli baskı yöntemleri geliştirilmiştir. Bu baskı teknolojileriyle karşılaştırıldığında, mürekkep püskürtmeli baskı yönteminin malzeme israfının azaltılması, birden fazla alt tabakayla uyumluluk7, düşük maliyetli8, esneklik9, düşük sıcaklıkta işleme10 ve seri üretim kolaylığı11 gibi birçok avantajı vardır. Bununla birlikte, mürekkep püskürtmeli baskı yönteminin uygulanması, bazı sofistike cihazlar için pek önerilmemiştir. Burada, bir süper kapasitör cihazı yazdırmak için mürekkep püskürtmeli baskı yöntemini kullanmak için ayrıntılı yönergeler oluşturan bir protokol sunuyoruz.

Psödokapasitörler ve elektrokimyasal çift katmanlı kapasitörler (EDLC'ler) dahil olmak üzere süper kapasitörler, geleneksel lityum-iyon pilleri tamamlayabilen enerji depolama cihazları olarak ortaya çıkmaktadır12,13. Özellikle EDLC, düşük maliyeti, yüksek güç yoğunluğu ve uzun çevrim ömrü nedeniyle gelecek vaat eden bir enerji depolama cihazıdır14. Yüksek özgül yüzey alanına ve iletkenliğe sahip aktif karbon (AC), ticari EDLC'lerde elektrot malzemesi olarak kullanılır15. AC'nin bu özellikleri, EDLC'lerin yüksek elektrokimyasal kapasitansa sahip olmasını sağlar16. EDLC'ler, geleneksel sabit boyutlu imalat yöntemi kullanıldığında cihazlarda pasif hacme sahiptir. Mürekkep püskürtmeli baskı ile, EDLC'ler ürün tasarımına tamamen entegre edilebilir. Bu nedenle, mürekkep püskürtmeli baskı yöntemi kullanılarak üretilen cihaz, işlevsel olarak mevcut sabit boyutlu metodolojiler tarafından üretilenden daha iyidir17. EDLC'lerin verimli mürekkep püskürtmeli baskı yöntemi kullanılarak üretilmesi, EDLC'lerin kararlılığını ve ömrünü en üst düzeye çıkarır ve serbest form faktörü sağlar18. Baskı desenleri bir PCB CAD programı kullanılarak tasarlandı ve Gerber dosyalarına dönüştürüldü. Tasarlanan desenler bir mürekkep püskürtmeli yazıcı kullanılarak basılmıştır, çünkü hassas yazılım etkin kontrole, yüksek malzeme verimine ve baskı kararlılığına sahiptir.

Protokol

1. PCB CAD programı kullanılarak desen tasarımı

  1. CAD programını çalıştırın. Program penceresinin üstündeki Dosya düğmesine tıklayın. Yeni bir proje dosyası oluşturmak için, Yeni ve Proje düğmelerine tıklayın.
  2. Pano dosyasını oluşturmak için, sırasıyla Dosya, Yeni ve Pano düğmelerine tıklayın. Oluşturulan Pano Dosyası penceresinin sol üst köşesindeki ağ şeklindeki Kılavuz düğmesine tıklayarak (veya pencerenin üst kısmındaki Görünüm ve Izgara'ya tıklayarak) ızgara boyutunu, çoklu ve alt değerlerini ayarlayın.
  3. Mürekkep püskürtmeli yazıcının PCB CAD desenini okuyabilmesi için hem ızgara boyutunu hem de alt değerini mm'den inç'e değiştirin. İnce ayarlamalar yapmak için En İyi'ye basın.
  4. Mevcut toplayıcının ve EDLC hattının desenini interdigitated bir biçimde tasarlayın. Jel polimer elektrolit (GPE) desenini ve akım toplayıcı pedleri dikdörtgen bir biçimde tasarlayın (Şekil 1).
    NOT: Desen genişliği: 43 mm, desen yüksekliği: 55 mm, çizgi uzunluğu: 40 mm, çizgi genişliği: 1,0 mm, çizgiden çizgiye boşluk: 1,5 mm ve ped boyutu: 15 x 5 mm2.
    1. Son desen üç tipten (iletken çizgi, EDLC ve GPE) oluştuğundan, üç katmanı aşağıdaki gibi ayarlayın.
      1. Pencerenin üst kısmındaki Görünüm ve Katman Ayarları'na tıklayın. Görünür Katmanlar penceresinin sol alt köşesindeki Yeni Katman düğmesine tıklayarak yeni katmanlar oluşturun.
      2. Yeni pencerede (Yeni Katman), yeni katmanın adını ve rengini ayarlayın. Katmanları görsel olarak ayırt etmek için, üç katmanın adlarını Geçerli Toplayıcı, EDLC ve GPE olarak ayarlayın ve Renk'in sağındaki kutuyu tıklatarak karşılık gelen renkleri değiştirin.
    2. Ekranın sol alt köşesindeki Çizgi tuşuna basın, ana alana (siyah arka plan) tıklayın ve çizgi çizmek için sürükleyin. Çizginin kalınlığını değiştirmek için, inç ölçeğinde üst merkezde bulunan Genişlik değerini girin (1,0 mm = 0,0393701 inç).
    3. Bir satırın uzunluğunu düzenlemek için, satıra sağ tıklayın ve alttaki Özellikler'e tıklayın. Başlangıç ve Bitiş alanlarına , başlangıç ve bitiş noktalarının x ve y değerlerini girin.
    4. Desenin referans noktasını ayarlamak için, Şekil 1'de gösterilen desenin sol üst köşesini (0,0) olarak ayarlayın. Desenin geri kalanını yukarıdaki bilgilere dayanarak çizin.
    5. Çizilen deseni istediğiniz katmana ayarlamak için, desene sağ tıklayın ve Özellikler'e tıklayın. Ardından, Katman'a tıklayın ve istediğiniz katmanı seçin.
    6. Geçerli toplayıcı pedinin ve GPE'nin dikdörtgen desenlerini çizmek için, ana pencerenin sol alt köşesindeki Rect tuşuna basın. Önceden çizilmiş desenin bulunduğu ekrana (ana alan) tıklayın ve sürükleyin.
    7. Düzenlemek için, dikdörtgen yüzeye sağ tıklayın ve alttaki Özellikler'e tıklayın. Kimden ve Kime alanlarına sırasıyla dikdörtgenin sol üst (x,y) değerini ve sağ alt (x,y) değerini girin. Dikdörtgeni, adım 1.4.5'te belirtildiği gibi istediğiniz katmana ayarlayın.
  5. Tasarlanan desenin CAD dosyasını, mürekkep püskürtmeli yazıcı tarafından okunan Gerber dosya biçimine dönüştürün.
    1. Tasarlanan desen dosyasını dönüştürmeden önce, Pano Dosyasını .brd biçiminde kaydedin. Kaydetmek için, Dosya'ya ve ardından Kaydet'e tıklayın (veya klavyede ctrl + S tuşlarına basın).
    2. Kaydettikten sonra, pencerenin üst kısmındaki Dosya'ya tıklayın ve CAM İşlemci'ye tıklayın. İstediğiniz katmanın Gerber dosyasını oluşturmak için, pencerenin sol tarafındaki Çıktı Dosyaları Gerber'i altındaki öğeleri aşağıdaki gibi değiştirin.
    3. İlk olarak, aşağıdaki '-' tuşlarına basarak Üst Bakır ve Alt Bakır gibi alt listeleri silin. '+' tuşuna basın ve Gerber çıktısı oluşturmak için Yeni Gerber Çıktısı'na tıklayın.
    4. Ekranın sağ tarafında, sağdaki dişliye basarak Ad ve İşlev'deki katman adını Bakır olarak ayarlayın. Katman Türü'nü Üst olarak ayarlayın ve geçerli toplayıcının Gerber Katman Numarası'nı, EDLC ve GPE'yi sırasıyla L1, L2, L3 olarak ayarlayın.
    5. Gerber Dosyasının altındaki Katmanlar penceresinde, sol alttaki Katmanları Düzenle'ye tıklayın ve istediğiniz her katmanı seçin.
    6. Oluşturulacak çıktı dosyasının adını ayarlamak için, pencerenin altındaki Gerber Dosya Adı Çıktı öğesini %PREFIX/%NAME.gbr olarak ayarlayın.
    7. Son olarak, ayarları kaydetmek için pencerenin sol üst köşesindeki İşi Kaydet'e tıklayın. Bir Gerber dosyası oluşturmak için sağ alttaki İşlem İşi'ne tıklayın.

2. Mürekkep sentezi

NOT: Esnek Ag mürekkebi, mevcut toplayıcı hattı ve pedler için iletken mürekkep olarak kullanılır.

  1. Terpineol, etilselüloz, aktif karbon (AC), Super-P, poliviniliden diflorür (PVDF) ve Triton-X kullanarak EDLC mürekkebini aşağıdaki gibi hazırlayın.
    1. Çözücü olarak yüksek viskoziteli 2.951 μL terpineol ve koyulaştırıcı olarak 1.56 g etil selüloz kullanın. AC'nin Super-P'ye PVDF'ye oranını toplam ağırlığı 1,8478 g olan 7:2:1 olarak ayarlayın. Ek olarak, karıştırma için yüzey aktif madde olarak 49 μL Triton-X kullanın.
    2. Bir planet mikser kullanarak tüm malzemeleri 30 dakika boyunca karıştırın. İyi karıştırılmış elektrot malzemesini mürekkep püskürtmeli yazıcının kartuşuna yerleştirin ve 5 dakika boyunca 115 x g'de santrifüj yapın.
  2. GPE mürekkebini propilen karbonat (PC), PVDF ve lityum perklorat (LiClO4) kullanarak aşağıdaki gibi hazırlayın.
    1. Çözücü olarak PC, polimer matrisi olarak PVDF ve tuz olarak LiClO4 kullanın. GPE'nin tüm bileşenlerini, LiClO4'ün son molar konsantrasyonu 1 M ve PVDF'nin nihai ağırlık yüzdesi ağırlıkça% 5 olacak şekilde tartın.
    2. Tüm bileşenleri çözünene kadar 140 °C'de 1 saat boyunca karıştırın. Karıştırdıktan sonra, GPE mürekkebini yeterince soğutun ve mürekkep kartuşuna yerleştirin.

3. Mürekkep püskürtmeli yazıcı yazılımı parametre kurulumu

  1. Yazıcı programını çalıştırın. Yazdır düğmesine tıklayın, Basit'i seçin ve ardından Şekil 2'de gösterildiği gibi Esnek İletken Mürekkep'i seçin.
  2. Şekil 3'teki 1 oku izleyerek tasarlanan desenin Gerber dosyasını yükleyin. İletken çizginin Gerber dosyasını seçin ve açın (Şekil 3'teki 2 ve 3 oka bakın). 4 okla gösterildiği gibi İLERİ düğmesine tıklayın.
  3. PCB kartını Şekil 4A'da gösterildiği gibi sabitleyin ve probu Şekil 4B'de gösterildiği gibi monte edin.
  4. ANAHAT düğmesine tıklayarak PCB yazıcının sıfır noktasını prob aracılığıyla ayarlayın ( Şekil 5'teki 1,4 kırmızı oka bakın).
    NOT: Prob, desenin ana hatlarını gösterirken PCB kartı üzerinde hareket eder ( Şekil 5'in sağ alt köşesine bakın).
  5. Desen görüntüsünü sürükleyerek ekrandaki taşıyın ( Şekil 5'teki sarı kesikli oka bakın). Probun istenen yoldan geçip geçmediğini kontrol etmek için ANAHAT düğmesine bir kez daha tıklayın. İLERİ'ye tıklayın (Şekil 5'teki 5 okla gösterilir).
  6. Substratın düz olup olmadığını kontrol etmek için substratın yüksekliğini ölçmek için PROBE'a tıklayın (Şekil 6).
    NOT: Alt tabaka üzerindeki problama bölgesi, yazıcıda yerleşik olarak bulunan program tarafından otomatik olarak seçilir.
  7. Yükseklik ölçümü tamamlandıktan sonra probu çıkarın. Mürekkep kartuşunu mürekkep dağıtıcısına takın ve dağıtıcıyı hazırlamak için nozulu (iç çap: 230 μm) bağlayın.
  8. Her mürekkep (iletken hat, EDLC, GPE) dağıtıcısını takın ve her mürekkebin parametrelerini ayarlarken KALİBRASYON düğmesine basarak bir numune deseni yazdırın (Şekil 7).
  9. Baskı sonucunu görsel olarak kontrol edin ve her mürekkep için parametre değerlerini kaydedin. Ayrıntılar için Temsili Sonuçlar'a bakın.

4. İletken hattın basılması

NOT: Adım 4.1'den beri. 4.7'ye kadar. Bölüm 3 ile örtüşüyorsa, bunlar aşağıda sadece kısaca özetlenmiştir.

  1. Mürekkep püskürtmeli yazıcı programını çalıştırın ve başlat menüsünde Yazdır'a tıklayın ve Basit (Şekil 1) öğesini seçin.
  2. Tasarlanan desen dosyasını yüklemek için Mürekkep'in yanındaki Dosya Seç düğmesine tıklayın ve İLERİ'ye tıklayın (Şekil 3).
  3. PCB kartını yazıcıya sabitleyin ve probu takın (Şekil 4).
  4. Desenin substrat üzerindeki konumunu kontrol edin ve substratın yüksekliğini ölçün (Şekil 5 ve Şekil 6).
  5. Probu çıkarın ve ardından iletken mürekkep (esnek Ag mürekkebi) dağıtıcısını takın.
  6. İletken mürekkebin yazılım parametrelerini Ayarlar düğmesine tıklayarak değiştirin (bkz. Şekil 7 ve Tablo 1).
  7. Adım 4.6'daki ayarın başarılı olup olmadığını denetlemek için örnek bir desen yazdırın.
  8. Örnek baskı desenini etanol ile nemlendirilmiş bir temizleme mendiliyle silin.
  9. İletken çizginin tasarlanan desenini START düğmesine basarak yazdırın.
  10. Baskıdan sonra, iletken hattı 30 dakika boyunca 180 ° C'de kürleyin. Ardından, substratın ve iletken hattın birleşik ağırlığını ölçün.

5. EDLC hattının yazdırılması

  1. Yazıcı programının başlangıç ekranında Hizalanmış seçeneğini belirleyin. EDLC satır desen dosyasını yükleyin ve İLERİ'ye tıklayın (bkz. adım 3.2).
  2. EDLC hattının ve iletken çizginin desen konumlarını hizalamak için iletken hattın konumunun iki hizalama noktasından algılandığından emin olun. Ardından, rastgele bir noktaya gidin ve konumun doğru olup olmadığını denetleyin.
  3. PROBE düğmesine tıklayarak dağıtıcı nozulunun iletken hattın üzerindeki yüksekliğini kontrol etmek için iletken hattın toplam yüksekliğini ölçün (bkz. Şekil 6).
  4. EDLC mürekkeplerinin yazılım parametre değerlerini değiştirin (Şekil 7 ve Tablo 1).
  5. Yazılım parametre değerlerinin uygun olup olmadığını denetlemek için örnek bir desen yazdırın. Örnek baskı desenini etanol ile nemlendirilmiş bir temizleme mendiliyle silin. START düğmesine basarak EDLC satırını yazdırın.
  6. Solventi buharlaştırmak için baskılı EDLC hattını oda sıcaklığında gece boyunca kurutun.
  7. Kurutulmuş EDLC hattının ağırlığını hesaplamak için, substratın, iletken hattın ve EDLC hattının toplam ağırlığını ölçün.

6. GPE desenini yazdırma

  1. Yazıcı programının başlangıç ekranında Hizalanmış seçeneğini belirleyin. GPE deseninin Gerber dosyasını yükleyin ve İLERİ'ye tıklayın (bkz. adım 3.2).
  2. Hizalama noktalarını kontrol edin ve konumun doğru olup olmadığını kontrol etmek için herhangi bir noktaya gidin.
  3. Nozul için varsayılan yüksekliği ayarlamak üzere EDLC hattının yüksekliğini ölçün.
  4. GPE mürekkeplerinin yazılım parametre değerlerini değiştirin (Şekil 7 ve Tablo 1).
  5. Yazılım parametre değerlerinin uygun olup olmadığını denetlemek için örnek bir desen yazdırın.
  6. Örnek baskı desenini etanol ile nemlendirilmiş bir temizleme mendiliyle silin. GPE desenini yazdırın.
  7. Bir stabilizasyon prosesine sahip olmak ve artık çözücüyü buharlaştırmak için, GPE modelini oda sıcaklığında 24 saat kurutun.

7. Elektrokimyasal test

  1. Aşağıdaki adımları izleyerek mürekkep püskürtmeli baskılı süper kapasitör cihazı için elektrokimyasal ölçümleri gerçekleştirin. Potansiyostat cihazını açın ve döngüsel voltametri (CV), galvanostatik yük/deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisini (EIS) ölçmek için programı çalıştırın.
    1. Potansiyostatı daha önce basılmış süper kapasitör cihazına bağlayın.
      NOT: Potansiyostatta dört bağlantı hattı kullanılır: çalışma elektrodu (WE), çalışma sensörü (WS), karşı elektrot (CE) ve referans elektrodu (RE).
    2. WS hattını WE hattına ve RE hattını CE hattına bağlayın, çünkü fabrikasyon cihaz simetrik bir süper kapasitördür.
    3. WE\WS hattını ve CE\RE hattını süper kapasitör cihazındaki karşıt akım toplayıcı pedlerine bağlayın.
  2. Bir dizi CV oluşturun ve sonucu almak için çalıştırın.
    1. Sıra dosyasını oluşturmak için programı çalıştırın.
    2. Yeni Dizi düğmesine tıklayın.
    3. 1. adımı oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
    4. Potansiyostat tarafından görüntülenen potansiyelin 0 V olup olmadığını kontrol edin. Potansiyel 0 V değilse, aşağıdaki işlemleri gerçekleştirin.
      1. Kontrol'ü CONSTANT ve Configuration (Yapılandırma) olarak ayarlayın, Type (Tür) öğesini PSTAT, Mode (Mod) öğesini NORMAL ve Range (Aralık) öğesini AUTO (Otomatik) olarak ayarlayın. Gerilim (V) için Ref. Eraf olarak ve 0 olarak değer.
      2. Kesme Koşulu'nun Koşul-1'i için Öğe'yi Adım Süresi, OP'yi >=, DeltaDeğeri'ni 1:00 olarak ayarlayın ve Sonraki olarak İleri'ye geçin. Çeşitli ayarlar için Örnekleme düğmesine basın ve Öğe'yi Zaman(lar), OP'yi >= ve DeltaDeğeri'ni 30 olarak ayarlayın.
    5. Bir sonraki adımı oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
      1. Denetim'i SÜPÜRME ve Yapılandırma için PSTAT, Mod'u DÖNGÜSEL ve Aralık değerlerini OTOMATİK olarak ayarlayın. İlk (V) ve Orta (V) için, Ref. değerini Eref, Değer olarak ayarlayın. Son (V) için Ref.'i Eref ve Değer'i 800.00e-3 olarak ayarlayın.
      2. 5, 10, 20, 50 ve 100 mV/s voltaj tarama hızlarını kullanın. Bu nedenle, her tarama hızına göre, Tarama Hızı'nı (V/s) sırasıyla 5.0000e-3, 10.000e-3, 20.000e-3, 50.000e-3 ve 100.00e-3 olarak ayarlayın.
      3. Tüm tarama hızları için Sessiz zaman(lar)ı 0 ve Segmentler'i 21 olarak ayarlayın. Kesme Koşulu'nun Koşul-1'i için, Öğe'yi Adım Sonu olarak ayarlayın ve Sonraki olarak İleri'ye gidin.
      4. Çeşitli ayarı için Örnekleme düğmesine basın ve Öğe'yi Zaman(lar) ve OP'yi >= olarak ayarlayın. Her tarama hızı için DeltaValue'yu 0,9375, 0,5, 0,25, 0,125 ve 0,0625 olarak ayarlayın.
    6. CV testinin sıra dosyasını kaydetmek için Farklı Kaydet düğmesine tıklayın.
    7. CH'ye Uygula'ya tıklayın ve sonucu elde etmek için CV testinin sıra dosyasını çalıştırın.
  3. Bir GCD dizisi oluşturun ve sonucu almak için çalıştırın.
    1. Sıra dosyasını oluşturmak için programı çalıştırın.
    2. Yeni Dizi düğmesine tıklayın.
    3. 1. adımı oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
    4. Potansiyostat tarafından görüntülenen potansiyelin 0 V olup olmadığını kontrol edin. Potansiyel 0 V değilse, aşağıdaki işlemleri gerçekleştirin.
      1. Kontrol'ü CONSTANT ve Configuration (Yapılandırma) olarak ayarlayın, Type (Tür) öğesini PSTAT, Mode (Mod) öğesini NORMAL ve Range (Aralık) öğesini AUTO (OTOMATİK) olarak ayarlayın. Gerilim (V) için, Ref. öğesini Ref, Değer'i 0 olarak ayarlayın.
      2. Kesme Koşulu'nun Koşul-1'i için Öğe'yi Adım Süresi, OP'yi >=, DeltaDeğeri'ni 1:00 olarak ayarlayın ve Sonraki olarak Sonraki olarak ayarlayın. Çeşitli ayarı için Örnekleme düğmesine basın ve Öğe'yi Zaman(lar), OP'yi >= ve DeltaValue'yu 30 olarak ayarlayın.
    5. Bir sonraki adımı (Ücretlendirme adımı) oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
      1. Kontrol'ü CONSTANT ve Configuration (Yapılandırma) olarak ayarlayın, Type (Tür) öğesini GSTAT, Mode (Mod) öğesini NORMAL (Normal) ve Range (Aralık) öğesini AUTO (Otomatik olarak ayarlayın). Geçerli (A) için, Ref. değerini SIFIR olarak ayarlayın.
      2. Akım yoğunluğu 0,01 A/g ile 0,02 A/g arasında değişmektedir. Bu nedenle, her akım yoğunluğu için Akım (A) Değerini 310,26e-6 ve 620,52e-6 olarak ayarlayın.
      3. Kesme Koşulu'nun Koşul-1'i için Öğeyi Gerilim, OP'yi >=, DeltaValue 800.00e-3 olarak ayarlayın ve Sonraki olarak Sonrakine geçin. Çeşitli ayarı için Item'ı Time(s), OP değerini >= ve DeltaValue değerini 1 olarak ayarlayın.
    6. Bir sonraki adımı (Deşarj adımı) oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
      NOT: Bu adım, Şarj adımıyla aynı şekilde ayarlanmıştır.
      1. Her akım yoğunluğu için Akım Değeri (A) değerini -310,26e-6 ve -620,52e-6 olarak ayarlayın.
      2. Kesme Koşulu Öğesinin Koşul-1'i için Gerilim, OP <=, DeltaValue 0,0000e+0 olarak ayarlayın ve Sonraki olarak Sonraki olarak Sonraki olarak ayarlayın. Çeşitli ayarı için Item'ı Time(s), OP değerini >= ve DeltaValue değerini 1 olarak ayarlayın.
    7. Bir sonraki adımı (Döngü adımı) oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
      1. Denetim'i LOOP olarak ayarlayın ve Yapılandırma için Tür'ü Döngü ve Yineleme olarak 21 olarak ayarlayın.
      2. Kesme Koşulu'nun Koşul-1'i için Liste 1'deki Öğeyi Döngü Sonraki olarak ayarlayın. Her akım yoğunluğu için, 0,01 A/g için STEP-2 ve 0,02 A/g için STEP-5 olarak Sonraki Git'i ayarlayın.
    8. GCD testinin sıra dosyasını kaydetmek için Farklı Kaydet düğmesini tıklayın.
    9. CH'ye Uygula'yı tıklayın ve sonucu elde etmek için GCD testinin sıra dosyasını çalıştırın.
  4. Bir dizi EIS oluşturun ve sonucu almak için çalıştırın.
    1. Sıra dosyasını oluşturabilen programı çalıştırın.
    2. Yeni Dizi düğmesine tıklayın.
    3. 1. adımı oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
      1. Kontrol'ü CONSTANT ve Configuration (Yapılandırma) olarak ayarlayın, Type (Tür) öğesini PSTAT, Mode (Mod) öğesini TIMER STOP (TIMER STOP) ve Range (Aralık) öğesini AUTO (Otomatik olarak ayarlayın).
      2. Bu etütteki çalışma potansiyeli penceresi 0,0 ila 0,8 V olarak ayarlandığından, Voltaj için Değer , işletim potansiyeli penceresinin ortalama değeri olan 400,00e-3 olarak ayarlayın. Ref.'yi Ref olarak ayarlayın.
    4. Bir sonraki adımı oluşturmak için Ekle düğmesine tıklayın.
      1. Denetim'i EIS olarak ayarlayın ve Yapılandırma için Tür'ü PSTAT, Mod'u LOG ve Aralık'ı Otomatik olarak ayarlayın.
      2. Frekans aralığını 0,1 Hz - 1 MHz olarak ayarlayın. Bu nedenle, Başlangıç (Hz) ve Orta (Hz) değerlerini 100,00e+6 ve Son (Hz) değerlerini 100,00e-3 olarak ayarlayın.
      3. Bölüm 7.4.3.2'de belirtildiği gibi, Önyargı Değeri (V) değerini 400.00e-3 olarak ayarlayın ve Ref. değerini Ref olarak ayarlayın.
      4. Doğrusal bir yanıtı korumak için, genliği (Vrms) 10.000e-3 olarak ayarlayın.
      5. Bu deneme için Yoğunluk'u 10 ve Yineleme'yi 1 olarak ayarlayın.
    5. GCD testinin sıra dosyasını kaydetmek için Farklı Kaydet düğmesini tıklayın.
    6. CH'ye Uygula'ya tıklayın ve sonucu almak için EIS testinin sıra dosyasını çalıştırın.

Sonuçlar

Mürekkep adım 2'ye göre sentezlendi ve mürekkebin özellikleri referansa18 göre doğrulanabildi. Şekil 8, iletken mürekkep ve EDLC mürekkebinin yapısal özelliklerinin yanı sıra önceki araştırmada bildirilen EDLC mürekkebinin reolojik özelliklerini göstermektedir18. İletken mürekkep, sürekli iletken yollar oluşturmak için iyi bir şekilde sinterlenir ve nano ölçekli pürüzlülüğün EDLC mürekkebi ile temas alanını ...

Tartışmalar

Bu protokoldeki kritik adımlar, parametre değerlerini hassas bir şekilde ayarlayarak tasarlanan deseni yazdırmak için yazılım parametre kurulumunda yer alır. Özelleştirilmiş baskı, yapısal optimizasyona ve yeni mekanik özelliklerin elde edilmesine yol açabilir19. Yazılım parametre kontrolüne sahip mürekkep püskürtmeli baskı yöntemi, baskı işlemi için optimize edilmiş malzemeyi seçerek çeşitli endüstrilerde sofistike baskı için kullanılabilir.

Açıklamalar

Yazarların herhangi bir açıklaması yoktur.

Teşekkürler

Bu çalışma, Kore Elektrik Enerjisi Şirketi (Hibe numarası: R21XO01-24), KIAT tarafından işletilen Kore MOTIE Endüstri Uzmanları için Yetkinlik Geliştirme Programı (No. P0012453) ve Chung-Ang Üniversitesi Lisansüstü Araştırma Bursu 2021.

Malzemeler

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

Referanslar

  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).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

M hendislikSay 177

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır