Name: a polymer-based piezoelectric vibration energy harvester with a 3d meshed-core structure
Uploaded: 2019-02-20T12:30:00
Duration: 9 min 51 s
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यह शोध आंशिक रूप से jsps विज्ञान अनुसंधान अनुदान JP17H03196, jsps presto अनुदान संख्या JPMJPR15R3 द्वारा समर्थित किया गया था । mext नैनो मंच परियोजना से समर्थन (टोक्यो microfabrication मंच के विश्वविद्यालय) photomask के निर्माण के लिए बहुत सराहना की है ।

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हमारे पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

3 डी जाल संरचना और प्रस्तावित द्वि रूपी वेह के ऊपर वर्णित सफल निर्माण चार महत्वपूर्ण और विशिष्ट चरणों पर आधारित है ।
पहला महत्वपूर्ण कदम पीठ इच्छुक जोखिम का उपयोग कर प्रसंस्करण है । सिद्धांत रूप में, यह संपर्क लिथोग्राफी तकनीक का उपयोग कर ऊपरी सतह से झुका जोखिम द्वारा एक जाल संरचना बनाना संभव है । हालांकि, पीठ एक्सपोजर संपर्क लिथोग्राफी से अधिक सटीक प्रसंस्करण परिशुद्धता प्रस्तुत करता है, और विकास के दौरान दोष कम से28,29होने की संभावना है । इसका कारण यह है photomask और photoresist के बीच की खाई photoresist सतह की लहराता के कारण उत्पन्न हो सकता है. इसलिए, प्रकाश डिवर्तन होता है और प्रसंस्करण परिशुद्धता अंतर की वजह से कम है । इसलिए, इस अध्ययन में, हम एक जाल संरचना निर्मित पीठ इच्छुक जोखिम विधि का उपयोग कर । इसके अलावा, गढ़े जाल संरचना के संरचनात्मक कोण के मापा मूल्य के बारे में है ६५ °, के साथ की तुलना में सिर्फ एक 1% त्रुटि के रूप में ६४ ° के डिजाइन मूल्य. परिणाम से, हम निष्कर्ष है कि यह उपयुक्त है पीठ इच्छुक जोखिम विधि लागू करने के लिए जाल संरचना बनाना ।
दूसरा अहम कदम एसयू-8 के विकास की प्रक्रिया है । यदि एक विकासशील दोष होता है, जाल संरचना अंतर्निहित लचीलापन खो देता है. मोटी SU-8 फिल्म विकसित करने के लिए, आम तौर पर 10-15 मिनट का उपयोग किया जाता है । हालांकि, इस विकासशील समय एक 3 डी जाल संरचना के विकास के लिए अपर्याप्त है । 3 डी जाल संरचना फोटो द्वारा निर्मित 2d पैटर्न से अलग है क्योंकि यह झिल्ली के अंदर कई आंतरिक voids है । यदि विकासशील समय कम है, विकास जाल संरचना के इंटीरियर के लिए प्रगति नहीं करता है, patterning विफलता के कारण. यही कारण है कि, यह एक अपेक्षाकृत लंबे समय के विकास को लागू करने के लिए आवश्यक है, 20-30 ंयूनतम३२। अगर महीन पैटर्न की आवश्यकता होती है, तो भी अब विकासशील समय आवश्यक हो सकता है । हालांकि, उस समय हमें लंबे विकास समय३३के कारण होने वाली सूजन पर विचार करना होगा ।
अगले, विधि pvdf फिल्म और SU-8 जाल संरचना के संबंध प्रक्रिया में एक pdms का गठन सब्सट्रेट का दोहन करने के लिए अद्वितीय है । यह स्पिन कोटिंग संभव बनाता है और, एक परिणाम के रूप में, pvdf और su-8 आसानी से एक स्पिन-लेपित SU-8 पतली चिपकने वाला परत का उपयोग कर पालन किया जा सकता है । pvdf और SU-8 भी एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध तत्काल गोंद का उपयोग करके, बंधुआ जा सकता है । हालांकि, चिपकने वाला सामग्री चिपकने के बाद मज़बूत बनाता है जम जाता है । इसके अलावा, यह तत्काल गोंद के साथ एक पतली फिल्म बनाने के लिए मुश्किल है । अगर झटपट गोंद की मोटाई बड़ी है, तो इससे पूरे डिवाइस की कठोरता बढ़ेगी । कठोरता में वृद्धि अनुनाद आवृत्ति में वृद्धि की ओर जाता है (यानी, यह प्रतिध्वनि आवृत्ति को कम करने से रोकता है, जो इस अध्ययन का मुख्य उद्देश्य है) । दूसरी ओर, su-8 पतली एक आसंजन परत के रूप में स्पिन कोटिंग द्वारा गठित फिल्म का उपयोग बहुत कठोरता में वृद्धि को प्रभावित नहीं करता है क्योंकि गठित su-8 फिल्म पतली है । इसके अलावा, के रूप में जाल संरचना SU-8 से बना है, यह आसंजन परत के लिए एक ही सामग्री का उपयोग करके चिपकने वाला शक्ति को बढ़ाने के लिए संभव है. यही कारण है कि su-8 आसंजन के लिए एक su-8 जाल संरचना और pvdf फिल्मों बांड के लिए पर्याप्त चिपकने वाला ताकत है । इसके अलावा, डिवाइस की reproducibility के पहलू से, यह एक आसंजन परत के रूप में SU-8 पतली फिल्म का उपयोग करने के लिए उपयोगी होगा, एक निरंतर फिल्म मोटाई स्पिन कोटिंग फिल्म गठन द्वारा महसूस किया जा सकता है के रूप में ।
चौथा, SU-8 की कोटिंग विधि विशिष्ट है । हम SU-8 मोटी फिल्म के लिए एक स्प्रे बहुपरत कोटिंग विधि का चयन किया है । हालांकि यह स्पिन कोटिंग द्वारा एक मोटी फिल्म बनाने के लिए संभव है, बड़ी सतह लहराता होता है, और यह फिल्म समान रूप से३४कोट करने के लिए मुश्किल है । दूसरी ओर, स्प्रे बहु कोटिंग विधि का उपयोग कर लहराता कम कर देता है और सब्सट्रेट३४में फिल्म मोटाई की त्रुटि को रोकता है । विशेष रूप से, ध्यान बड़ी लहराता करने के लिए दिया जा करने की जरूरत है क्योंकि जब 3 डी जाल संरचना की मोटाई nonuniform हो जाता है, कंपन विशेषताओं और डिवाइस की कठोरता आंशिक रूप से वृद्धि हुई है या कम मोटाई से बदल जाता है.
सिद्धांत रूप में, के रूप में photolithography यूवी प्रकाश का उपयोग करता है, fabricable आकार सीमित कर रहे हैं । यह सच है कि हम इस तरह के इच्छुक जोखिम का उपयोग करके एक 3 डी जाल संरचना के रूप में जटिल संरचनाओं बनाना कर सकते हैं । हालांकि, फिल्म मोटाई दिशा में एक घुमावदार आकार के साथ एक त्रि-आयामी संरचना जैसे मनमाने ढंग से आकार३५,३६के रूप में मुश्किल होते हैं । 3 डी प्रिंटिंग मनमाने ढंग से तीन आयामी आकार का उत्पादन कर सकते हैं, और डिजाइन लचीला है । हालांकि, निर्माण की थ्रुपुट कम है, और प्रसंस्करण परिशुद्धता और बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रकाश विज्ञान से हीन हैं । इस प्रकार, यह एक कम समय में ठीक पैटर्न के साथ संरचनाओं fabricating के लिए उपयुक्त नहीं है । इसके अलावा, प्रसंस्करण 3 डी सीएडी डेटा आवश्यक है, और यह 3 डी मॉडल बनाने के लिए समय लगता है । दूसरी ओर, प्रकाश की स्थिति में, विशेष रूप से इच्छुक जोखिम विधि में, photomask के लिए आवश्यक CAD डेटा द्वि-आयामी है, और डिजाइन अपेक्षाकृत आसान है । उदाहरण के लिए, एक 3 डी जाल संरचना के लिए उन्मुख डिजाइन सिर्फ 2 डी लाइन और अंतरिक्ष पैटर्न, के रूप में चित्रा 3में दिखाया गया है । इन तथ्यों को ध्यान में रखते हुए, इस शोध में, हम 3 डी लिथोग्राफी तकनीक का दोहन करने के लिए एक लचीला 3 डी जाल संरचना विकसित करना ।
इस अध्ययन में, हम एक लचीला 3 डी जाल संरचना गढ़े और यह प्रतिध्वनि आवृत्ति को कम करने और उत्पादन शक्ति में वृद्धि के प्रयोजन के लिए एक द्वि रूपी ब्रैकट प्रकार वेह की लोचदार परत के लिए आवेदन किया । प्रस्तावित विधि अनुनाद आवृत्ति को कम करने में उपयोगी है के बाद से, यह इस तरह के पहनने योग्य उपकरणों के रूप में कम आवृत्ति आवेदन के लिए लक्षित कंपन ऊर्जा हार्वेस्टर के लिए उपयोगी हो जाएगा, सार्वजनिक इमारतों और पुल, घर उपकरणों, आदि के लिए निगरानी सेंसर उत्पादन शक्ति के आगे सुधार trapezoidal आकार, त्रिकोण आकार, और मोटाई अनुकूलन जो पहले से अन्य कागजात३७,३८,३९में प्रस्तावित है के संयोजन से उम्मीद की जाएगी ।

हाल के वर्षों में, vehs वायरलेस सेंसर नेटवर्क और चीजों की इंटरनेट (iot) अनुप्रयोगों को लागू करने के लिए सेंसर नोड्स के एक बिजली की आपूर्ति के रूप में ज्यादा ध्यान खींचा है1,2,3,4, 5,6,7,8. vehs में ऊर्जा रूपांतरण के कई प्रकार के अलावा, piezoelectric-प्रकार रूपांतरण उच्च उत्पादन वोल्टेज प्रस्तुत करता है । इस प्रकार के रूपांतरण भी miniaturization के लिए उपयुक्त है क्योंकि माइक्रोमाइनिंग प्रौद्योगिकी के साथ अपने उच्च संबध की । इन आकर्षक सुविधाओं की वजह से, कई piezoelectric vehs विकसित किया गया है piezoelectric सिरेमिक सामग्री और कार्बनिक बहुलक सामग्री का उपयोग कर9,10,11,12, 13.
सिरेमिक vehs में, cantilever-प्रकार vehs उच्च प्रदर्शन piezoelectric सामग्री का उपयोग pzt (सीसा titanate zirconate) व्यापक रूप से रिपोर्ट कर रहे हैं14,15,16,17,18, और vehs अक्सर उच्च दक्षता बिजली उत्पादन प्राप्त करने के लिए प्रतिध्वनि का उपयोग करें । सामान्य रूप में, डिवाइस आकार के miniaturization के साथ गूंज आवृत्ति बढ़ जाती है के रूप में, यह एक साथ miniaturization और कम अनुनाद आवृत्ति को प्राप्त करने के लिए मुश्किल है. इस प्रकार, हालांकि pzt उच्च शक्ति-पीढ़ी के प्रदर्शन है, यह छोटे आकार pzt आधारित उपकरणों का विकास करने के लिए मुश्किल है कि विशेष प्रसंस्करण के बिना एक कम आवृत्ति बैंड में काम करते हैं, जैसे nanoribbon विधानसभाओं19,20, क्योंकि pzt एक उच्च कठोरता सामग्री है । दुर्भाग्य से, इस तरह के घरेलू उपकरणों, मानव गति, इमारतों, और पुलों के रूप में हमारे आसपास के कंपन कम आवृत्तियों पर मुख्य रूप से कर रहे हैं, से कम 30 हर्ट्ज21,22,23. इसलिए, vehs अपनी उच्च शक्ति के साथ कम आवृत्तियों और छोटे आकार पर पीढ़ी दक्षता कम आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए आदर्श होते हैं.
सबसे आसान तरीका अनुनाद आवृत्ति को कम करने के लिए cantilever की नोक के बड़े पैमाने पर वजन बढ़ाने के लिए है । के रूप में टिप करने के लिए एक उच्च घनत्व सामग्री संलग्न है कि सभी की आवश्यकता है, निर्माण सरल और आसान है । हालांकि, भारी द्रव्यमान है, और अधिक नाजुक उपकरण बन जाता है । आवृत्ति को कम करने का एक और तरीका है ब्रैकट24,25लंबा है । विधि में, निश्चित अंत से मुक्त अंत करने के लिए दूरी एक द्वि-आयामी meandered आकार द्वारा विस्तारित है । सिलिकॉन सब्सट्रेट एक अर्धचालक विनिर्माण तकनीक का उपयोग कर एक meandered संरचना बनाना धंसा है । हालांकि विधि प्रतिध्वनि आवृत्ति को कम करने के लिए प्रभावी है, piezoelectric सामग्री के क्षेत्र में कमी आती है और, इस प्रकार, प्राप्य उत्पादन शक्ति कम हो जाती है. इसके अलावा, एक नुकसान यह है कि आसपास के तय अंत नाजुक है । कुछ बहुलक उपकरणों के बारे में, जैसे कम आवृत्ति वेह, लचीला piezoelectric बहुलक pvdf अक्सर प्रयोग किया जाता है । के रूप में pvdf आमतौर पर एक स्पिन कोटिंग विधि द्वारा लेपित है और फिल्म पतली है, गूंज आवृत्ति कम कठोरता26,27की वजह से कम किया जा सकता है । हालांकि फिल्म मोटाई उप माइक्रोन की सीमा में कई microns के लिए चलाया जाता है, प्राप्य उत्पादन बिजली की पतली मोटाई की वजह से छोटा है । इसलिए, भले ही आवृत्ति कम किया जा सकता है, हम पर्याप्त बिजली उत्पादन प्राप्त नहीं कर सकता, और इसलिए, व्यावहारिक अनुप्रयोग मुश्किल है.
यहां, हम एक bimorph-प्रकार piezoelectric कैंटिलीवर (piezoelectric परतों की दो परतों और लोचदार परत की एक परत से मिलकर) का प्रस्ताव दो लचीला piezoelectric बहुलक चादरें, जो पहले से ही सुधार के लिए उपचार खींच के अधीन किया गया है के साथ पीजोइलेक्ट्रिक विशेषताओं का इसके अलावा, हम प्रतिध्वनि आवृत्ति को कम करने और एक साथ शक्ति में सुधार करने के लिए द्वि रूपी कैंटिलीवर की लोचदार परत में एक लचीला 3 डी जाल संरचना को अपनाने । हम पीठ इच्छुक जोखिम विधि28,29 का उपयोग करके 3 डी जाल संरचना किर क्योंकि यह एक कम समय में उच्च परिशुद्धता के साथ ठीक पैटर्न बनाना संभव है । हालांकि 3 डी मुद्रण भी एक उंमीदवार के लिए 3 डी जाल संरचना बनाना है, प्रवाह कम है, और 3d प्रिंटर30,31मशीनिंग सटीकता में photolithography के अवर है । इसलिए, इस अध्ययन में, पीठ झुका जोखिम विधि के लिए विधि के रूप में अपनाया है माइक्रो 3 डी जाल संरचना.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:791px;" width="791">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SU-8 3005</td>
			<td style="width:221px;">Nihon Kayaku</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:235px;">Negative photoresist</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">KF Piezo Film</td>
			<td style="width:221px;">Kureha</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Piezoelectric PVDF film, 40 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Vibration Shaker</td>
			<td style="width:221px;">IMV CORPORATION</td>
			<td style="width:119px;">m030/MA1</td>
			<td>Vibration Shaker</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spray coater</td>
			<td style="width:221px;">Nanometric Technology Inc.</td>
			<td style="width:119px;">DC110-EX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sputtering equipment</td>
			<td style="width:221px;">Canon Anelva Corporation</td>
			<td style="width:119px;">E-200S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PDMS</td>
			<td style="width:221px;">Dow Corning Toray Co. Ltd</td>
			<td>SILPOT 184 W/C</td>
			<td>Dimethylpolysiloxane</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spin coater</td>
			<td style="width:221px;">MIKASA Co. Ltd</td>
			<td style="width:119px;">1H-DX2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Digital oscilloscope</td>
			<td style="width:221px;">Teledyne LeCroy Japan Corporation</td>
			<td style="width:119px;">WaveRunner 44Xi-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SEM</td>
			<td style="width:221px;">JEOL Ltd.</td>
			<td style="width:119px;">JCM-5700LV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Digital microscope</td>
			<td style="width:221px;">Keyence Corporation</td>
			<td style="width:119px;">VHX-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a polymer-based piezoelectric vibration energy harvester with a 3d meshed-core structure

इस अध्ययन में, हम एक 3 डी लिथोग्राफी विधि का उपयोग करके आवधिक voids के साथ एक लचीला 3 डी जाल संरचना गढ़े और यह कम अनुनाद आवृत्ति और उत्पादन शक्ति में वृद्धि करने के लिए एक कंपन ऊर्जा हार्वेस्टर के लिए आवेदन । निर्माण प्रक्रिया मुख्य रूप से दो भागों में विभाजित है: 3 डी जाल संरचना के प्रसंस्करण के लिए तीन आयामी फोटोलिथग्राफी, और पीजोइलेक्ट्रिक फिल्मों और मेष संरचना की एक संबंध प्रक्रिया । गढ़े लचीला जाल संरचना के साथ, हम गूंज आवृत्ति और उत्पादन शक्ति के सुधार, एक साथ की कमी हासिल की । कंपन परीक्षणों के परिणामों से, मेशेद-कोर-प्रकार के कंपन ऊर्जा हार्वेस्टर (वेह) ने ठोस-कोर-प्रकार वेह की तुलना में ४२.६% अधिक आउटपुट वोल्टेज प्रदर्शित किया । इसके अतिरिक्त, मेशेद-कोर-प्रकार वेह में १८.७ हर्ट्ज प्रतिध्वनि आवृत्ति, १५.८% ठोस-कोर-प्रकार की तुलना में कम है, और आउटपुट पावर का २४.६ μw, ठोस-कोर-प्रकार वेह की तुलना में ६८.५% अधिक है । प्रस्तावित विधि का लाभ यह है कि तीन आयामों में voids के साथ एक जटिल और लचीला संरचना अपेक्षाकृत आसानी से झुका जोखिम विधि द्वारा एक कम समय में गढ़े जा सकता है । के रूप में यह मेष संरचना, इस तरह के पहनने योग्य उपकरणों और घर उपकरणों के रूप में कम आवृत्ति अनुप्रयोगों में उपयोग, भविष्य में उम्मीद की जा सकती है की गूंज आवृत्ति को कम करने के लिए संभव है ।

हम एक bimorph प्रकार वेह pvdf फिल्मों की दो परतों से बना है और एक मध्यवर्ती एक SU-8 जाल संरचना से बना परत, के रूप में चित्र 4में दिखाया गया । आउटपुट वोल्टेज प्राप्त करने के लिए ऊपरी और निचले pvdf के इलेक्ट्रोड श्रृंखला में जुड़े हुए हैं. ऑप्टिकल छवि और दो SEM छवियों एक जाल संरचना के साथ लोचदार परतें हैं । छवियों के अनुसार, लोचदार परत पीठ झुका जोखिम द्वारा संसाधित करने के लिए विकास की विफलता के बिना ठीक 3d जाल पैटर्न प्रतीत होता है ।
चित्रा 5 कंपन परीक्षण के परिणाम से पता चलता है । कंपन परीक्षणों में, दो vehs-एक meshed कोर के साथ एक और एक ठोस कोर संरचना के साथ दूसरे-के रूप में लोचदार परत के लिए meshed-कोर प्रकार वेह की वैधता सत्यापित मूल्यांकन कर रहे हैं । vehs एक कंपन शेखर पर सेट और १.९६ मी के एक कंपन त्वरण के साथ उत्साहित कर रहे है2 (०.२ जी) । दोनों meshed-कोर प्रकार और ठोस कोर प्रकार vehs एक sinusoidal इनपुट के साथ सिंक्रनाइज़ sinusoidal उत्पादन दिखाया । मेशेद-कोर-प्रकार वेह ने ठोस-कोर प्रकार वेह की तुलना में ४२.६% अधिक आउटपुट वोल्टेज का प्रदर्शन किया । चित्रा 5b अधिकतम उत्पादन शक्ति की आवृत्ति प्रतिक्रिया से पता चलता है. मेशेद-कोर-टाइप वेह ने १८.७ हर्ट्ज की प्रतिध्वनि आवृत्ति का प्रदर्शन किया, जो कि ठोस-कोर-प्रकार की तुलना में १५.८% कम है, और २४.६ μw की एक उत्पादन शक्ति है, जो कि ठोस-कोर-प्रकार वेह की तुलना में ६८.५% अधिक है ।
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59067/59067fig1.jpg"> चित्रा 1: एक 3d meshed-कोर संरचना के साथ लोचदार परत के निर्माण के लिए फोटोइटोग्राफी के लिए photomask लेआउट। photomask दो भागों है । एक clamping के लिए क्षेत्र है, और अंय लाइन और जाल के लिए अंतरिक्ष पैटर्न-संरचना patterning शामिल हैं । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59067/59067fig1large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59067/59067fig2.jpg"> चित्रा 2: झुका जोखिम के लिए सेट अप । यूवी प्रकाश खड़ी एक सीआर पैटर्न कोण समायोजन मेज पर रखा के साथ झुका सब्सट्रेट करने के लिए उजागर है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59067/59067fig2large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59067/59067fig3.jpg"> चित्रा 3: एक 3 डी meshed-कोर संरचना और हार्वेस्टर के निर्माण की प्रक्रिया के साथ एक प्रस्तावित piezoelectric कंपन ऊर्जा हार्वेस्टर के योजनाबद्ध । निर्माण प्रक्रिया 3 वर्गों में विभाजित किया जा सकता है:(एक)-(घ) 3 डी जाल संरचना की निर्माण प्रक्रिया का प्रतिनिधित्व करते हैं, (ई)-(जी) एक गिलास सब्सट्रेट पर pvdf फिल्म की तैयारी का प्रतिनिधित्व करते हैं, और (ज)-(जंमू ) एक द्वि रूपी कैन्टीलीवर बनाने के लिए संबंध प्रक्रिया का प्रतिनिधित्व करते हैं । (ये आंकड़े गोल्ड ओपन एक्सेस, क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत प्रकाशित कर रहे हैं और [21] से संशोधित किया गया है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59067/59067fig3large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59067/59067fig4.jpg"> चित्रा 4: (क) गढ़े हुए द्वि रूपी की फोटोग्राफ मेशेड-कोर कंपन एनर्जी हार्वेस्टर, (ख) 3डी मेशेड-कोर संरचना के क्रॉस-सेक्शनल ऑप्टिकल इमेज, (सी) और (d) एसयू-8 मेशेड-कोर लोचदार लेयर के एसएम इमेजेज । (ये आंकड़े गोल्ड ओपन एक्सेस, क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत प्रकाशित कर रहे हैं और [21] से संशोधित किया गया है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59067/59067fig4large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59067/59067fig5.jpg"> चित्रा 5: (एक) sinusoidal उत्पादन वोल्टेज प्रत्येक गूंज हालत के तहत लोड प्रतिरोध की (meshed-कोर १८.७ हर्ट्ज, ठोस कोर २२.२ हर्ट्ज) और (ख) इष्टतम लोड प्रतिरोध के तहत कंपन आवृत्ति के एक समारोह के रूप में अधिकतम उत्पादन शक्ति (meshed-कोर 17 mω, ठोस कोर 13 mω) और ०.२ जी त्वरण । (ये आंकड़े गोल्ड ओपन एक्सेस, क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत प्रकाशित कर रहे हैं और [21] से संशोधित किया गया है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59067/59067fig5large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।</a>

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A Polymer-based Piezoelectric Vibration Energy Harvester with a 3D Meshed-Core Structure

इस अध्ययन में, हम एक लचीला 3 डी जाल संरचना गढ़े और यह प्रतिध्वनि आवृत्ति को कम करने और उत्पादन शक्ति में वृद्धि के प्रयोजन के लिए एक द्वि रूपी cantilever-प्रकार कंपन ऊर्जा हार्वेस्टर की लोचदार परत को लागू किया ।

3 डी मेशेड-कोर संरचना के साथ एक बहुलक आधारित piezoelectric कंपन ऊर्जा हार्वेस्टर

In this study, we fabricated a flexible 3D mesh structure with periodic voids by using a 3D lithography method and applying it to a vibration energy ...

हमारा प्रोटोकॉल एक लचीला जाल संरचना के निर्माण चरणों और एक बहुलक आधारित कंपन ऊर्जा हार्वेस्टर बनाने के लिए संबंध प्रक्रिया को दर्शाता है। इस तकनीक का लाभ यह है कि 3 डी फोटोग्राफी आसानी से जाल संरचना बना सकती है, जो कम आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए कंपन ऊर्जा हार्वेस्टर में प्रभावी है, 40 मिलीमीटर ग्लास सब्सट्रेट्स द्वारा 30 मिलीमीटर तैयार करें। सफाई के लिए टेफ्लॉन जिग में एक ग्लास सब्सट्रेट सेट करें।सुरक्षात्मक चश्मा, कपड़े और दस्ताने पहनें। इसके बाद पिरान्हा समाधान में जिग को एक मिनट के लिए निकलें। एक आरएफ मैग्नेट्रॉन स्पंदन मशीन के कक्ष में कांच सब्सट्रेट सेट करें।आरएफ पावर को 250 वाट, 11 मिनट तक स्पंदन समय, आर्गन गैस की प्रवाह दर 12 एससीएम तक और चैंबर दबाव 0.5 पास्कल तक सेट करें। अब, ग्लास सब्सट्रेट पर क्रोमियम फिल्म के 100 से 200 नैनोमीटर, आरएफ मैग्नेट्रॉन स्पंदन द्वारा। इसके बाद, एक स्पिन लेपित कक्ष में फिक्सिंग चरण पर सब्सट्रेट सेट करें।ड्रॉप सकारात्मक तस्वीर क्रोमियम फिल्म पर 1A13 के रूप में विरोध, और 30 सेकंड के लिए ४० आरपीएम पर स्पिन कोटिंग द्वारा एक से दो माइक्रोन पतली फिल्म कोट । पाठ प्रोटोकॉल में वर्णित सब्सट्रेट को पकाने के बाद, फोटो मास्क के साथ लेपित सब्सट्रेट का विरोध करने वाले फोटो से संपर्क करें। फोटो मास्क के लिए लंबवत यूवी प्रकाश का पर्दाफाश करें।सुनिश्चित करें, कि एक्सपोजर खुराक प्रति वर्ग सेंटीमीटर 80 मिलीजौल है, और तरंगदैर्ध्य 405 नैनोमीटर है। TMAH समाधान के 150 मिलीलीटर में सब्सट्रेट विसर्जित करें, और 30 सेकंड से एक मिनट के लिए फोटो विरोध विकसित करें। शुद्ध पानी के साथ सब्सट्रेट को धोने के बाद, क्रोमियम नक़्क़ाशी समाधान के 150 मिलीलीटर में सब्सट्रेट विसर्जित करें, और लगभग एक से दो मिनट के लिए क्रोमियम को विसर्जित करें।फिर, टेक्स्ट प्रोटोकॉल में वर्णित फोटो का विरोध करें। अब, स्पिन कोटर कक्ष में फिक्सिंग चरण पर सब्सट्रेट सेट करें। एक बलि की परत के रूप में गढ़े संरचना को जारी करने के लिए सब्सट्रेट के क्रोमियम पैटर्न पक्ष पर एक्रिक्लिक राल समाधान का लगभग एक मिलीलीटर छोड़ दें।फिर, 30 सेकंड के लिए 2000 आरपीएम पर स्पिन-कोटिंग द्वारा एक पतली फिल्म बनाएं। सब्सट्रेट को 10 मिनट के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर पकाने के बाद, स्प्रे कोटर में एक संलग्न प्लेट पर सब्सट्रेट सेट करें। एज बीट को रोकने के लिए सब्सट्रेट को एज कवर से कवर करें।सिरिंज में SU8-3005 का विरोध नकारात्मक तस्वीर डालो । पाठ प्रोटोकॉल में सूचीबद्ध प्रत्येक परत के लिए नोजल व्यास, नोजल आंदोलन गति, परमाणु दबाव, तरल पदार्थ का दबाव, पिच दूरी और अंतराल समय निर्धारित करें। इसके अलावा, नोजल और सब्सट्रेट के बीच की दूरी 40 मिलीमीटर तक सेट करें।सब्सट्रेट पर SU8 मल्टीलेयर्स स्प्रे करें। कोटिंग को 10 बार उसी तरह दोहराएं। इसके बाद 60 मिनट के लिए 95 डिग्री सेल्सियस पर गर्म प्लेट पर सब्सट्रेट बेक करें।प्रति परत फिल्म मोटाई का निर्धारण करने के बाद, जैसा कि पाठ प्रोटोकॉल में वर्णित है, लक्ष्य फिल्म मोटाई प्राप्त करने के लिए मल्टीलेयर स्प्रे करें। इस शोध में 200 माइक्रॉन की मोटाई के लिए 40 परतें लगाई जाती हैं। अब सब्सट्रेट को सब्सट्रेट को फ्लिप करके एक कोण समायोजन तालिका पर रखें।एडजस्टमेंट टेबल के एंगल को 45 डिग्री तक झुकाएं। यूवी लाइट सोर्स के नीचे एंगल एडजस्टमेंट टेबल रखें। 150 मिलीजौल प्रति वर्ग सेंटीमीटर की एक्सपोजर खुराक पर सब्सट्रेट पर यूवी लाइट को लंबवत लागू करें, और 365 नैनोमीटर की तरंगदैर्ध्य।एक्सपोजर के बाद एडजस्टमेंट टेबल के एंगल को जीरो डिग्री पर लौटाएं और इसे विपरीत दिशा में 45 डिग्री तक झुकाएं। टेक्स्ट प्रोटोकॉल में वर्णित पोस्ट-एक्सपोजर बेक करने से पहले, उसी तरह यूवी लाइट को खड़ी रूप से लागू करें। अब, एसयू-8 डेवलपर में लगभग 20 से 30 मिनट के लिए सब्सट्रेट विकसित करें।यदि विकासशील समय पर्याप्त नहीं है, तो यह जाल रिक्तियों के अपर्याप्त उद्घाटन की ओर जाता है। आईपीए में कुल्ला करने के बाद, जैसा कि पाठ प्रोटोकॉल में वर्णित है, लगभग तीन से चार घंटे के लिए टोल्यूईन समाधान में सब्सट्रेट विसर्जित करें। सुनिश्चित करें, कि ऐक्रेलिक राल की बलि की परत धार है और जाल संरचना के साथ एसयू-8 संरचना सब्सट्रेट से जारी की जाती है।पीजोइलेक्ट्रिक फिल्म तैयार करने के लिए, पीवीडीएफ शीट को 360 वर्ग मिलीमीटर शीट के साथ डिवाइस आकार में काट लें। एक सेलुलर स्वाइपर के साथ पेट्री डिश पर कट पीवीडीएफ फिल्में रखें। उन्हें एक डिसिकेटर में स्टोर करें।अब, पीडीएमएस के मुख्य एजेंट के 10 मिलीलीटर, और इलाज एजेंट के एक मिलीलीटर, एक अपकेंद्रित्र ट्यूब में डालें। एक ग्रहों के भंडारण और डिफोमिंग मशीन में अपकेंद्रित्र ट्यूब सेट करें, और एक मिनट के लिए दोनों समाधान मिलाएं। अब, दो 30 मिलीमीटर 40 मिलीमीटर ग्लास सब्सट्रेट्स तैयार करें।स्पिन कोटर कक्ष में एक फिक्सिंग चरण पर ग्लास सब्सट्रेट सेट करें। ग्लास सब्सट्रेट पर पीडीएमएस समाधान छोड़ दें। फिर, 4000 आरपीएम पर स्पिन कोटिंग द्वारा पीडीएमएस फिल्म बनाएं, और टेक्स्ट प्रोटोकॉल में वर्णित सब्सट्रेट को बेक करें।कट पीवीडीएफ फिल्मों को दो अलग-अलग पीडीएमएस सब्सट्रेट्स पर एक-एक करके रखें। सुनिश्चित करें कि सिर्फ पीडीएमएस की सतह पर पीवीडीएफ फिल्मों को रखकर, वे एक दूसरे का पालन करते हैं। अगर पीवीडीएफ की फिल्मों पर झुर्रियां देखी जाती हैं तो उन्हें रोलर से एक्सपेरिमेंट करें।पीडीएमएस सब्सट्रेट एक पर रखा गया पीवीडीएफ फिल्म वन पर एसयू-8 को छोड़ दें। इसके बाद 4000 आरपीएम पर स्पिन कोटिंग करके एसयू-8 पतली फिल्म बनाएं। पीवीडीएफ फिल्म एक पर एसयू-8 जाल संरचना रखें और उन्हें बंधन दें।अब, पीडीएमएस पर रखे गए पीवीडीएफ फिल्म दो पर एसयू-8 को छोड़ दें। 4000 आरपीएम पर स्पिन कोटिंग करके एसयू-8 पतली फिल्म बनाएं। पीडीएमएस से पीवीडीएफ फिल्म दो बंद पीई पीडीएल, और फिर एसयू-8 जाल संरचना के शीर्ष पर जगह, PVDF फिल्म एक पर रखा ।कम आर्द्रता वाले कंटेनर में बंधुआ अवस्था के साथ पालन किए गए डिवाइस को स्टोर करें, जैसे कि लगभग 12 घंटे के लिए एक डिसिकेटर। 12 घंटे के बाद, चिमटी को सबसे निचली परत, पीवीडीएफ फिल्म एक के नीचे की ओर रखें। फिर, एक साथ पीवीडीएफ फिल्म एक, एसयू-8 जाल संरचना, और पीवीडीएफ फिल्म दो सब्सट्रेट से बंधुआ तीन परतों को छील दें।पीवीडीएफ फिल्मों की दो परतों और एसयू-8 जाल संरचना से बना एक मध्यवर्ती परत से बना एक बाइमॉर्फ प्रकार कंपन ऊर्जा हार्वेस्टर दिखाया गया है। ऊपरी और निचले पीवीडीएफ के इलेक्ट्रोड आउटपुट वोल्टेज प्राप्त करने के लिए श्रृंखला में जुड़े हुए हैं। ऑप्टिकल छवि और दो एसईएम छवियां एक जाल संरचना के साथ लोचदार परतों को दिखाती हैं।छवियों के अनुसार, लोचदार परत, पीठ इच्छुक जोखिम द्वारा संसाधित, विकास विफलता के बिना ठीक 3 डी जाल पैटर्न प्रतीत होता है। कंपन परीक्षणों में, दो उपकरण, एक मेशेड-कोर लोचदार परत के साथ, और दूसरा एक ठोस-कोर संरचना लोचदार परत के साथ, मेशड कोर प्रकार डिवाइस की वैधता को सत्यापित करने के लिए मूल्यांकन किया जाता है। जब उपकरणों को कंपन शेखर पर सेट किया जाता है और उत्साहित किया जाता है, तो मेशेड-कोर प्रकार और ठोस-कोर प्रकार के उपकरणों ने साइनसॉयडल इनपुट के साथ सिंक्रोनाइज्ड साइनसॉयडल आउटपुट दिखाया।मेशेड-कोर प्रकार डिवाइस ने सॉलिड-कोर प्रकार डिवाइस की तुलना में 42.6% अधिक आउटपुट वोल्टेज का प्रदर्शन किया। यहां दिखाया गया है अधिकतम उत्पादन शक्ति की आवृत्ति प्रतिक्रिया है । मेशेड-कोर प्रकार डिवाइस ने 18.7 हर्ट्ज की प्रतिध्वनि आवृत्ति का प्रदर्शन किया, जो ठोस-कोर प्रकार डिवाइस की तुलना में 15.8% कम है।इसमें 24.6 माइक्रोवाट की आउटपुट पावर भी प्रदर्शित की गई, जो सॉलिड-कोर टाइप डिवाइस की तुलना में 68.5% अधिक है। इच्छुक एक्सपोजर पर, सब्सट्रेट के पीछे से, और जाल संरचना के ठीक प्रिंट बनाने के लिए पर्याप्त विकासशील समय महत्वपूर्ण हैं। पतली बॉन्डिंग प्रक्रिया में, हम एक पल गोंद का भी उपयोग कर सकते हैं।हालांकि, गोंद जाल संरचना के शून्य को भर देगा, और डिवाइस कठोरता में वृद्धि का कारण बनेगा। इसलिए गूंज आवृत्ति भी बढ़ जाती है। सभी ऊर्जा संचयन प्रणाली का उपयोग कर, हम इस तरह के जैविक, ऑप्टिकल और माइक्रोफ्लुइडिक सिस्टम के रूप में एक माइक्रो नैनो अनुप्रयोगों के रूप में करने के लिए 3 डी फोटोग्राफी लागू कर सकते हैं ।

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Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

हाथ एक स्कैनिंग एक 3 डी आभासी वास्तविकता इंटरफेस के साथ जांच माइक्रोस्कोप के माध्यम से एकल अणुओं के हेरफेर नियंत्रित

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

व्हाइट का निर्माण Exciplexes से स्थिर उत्सर्जन के साथ विद्युत कोशिकाओं प्रकाश उत्सर्जक

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

द्वारा Nanostructured yttria स्थिर-YSZ (zirconia) scaffolds के उच्च तापमान निर्माण<em&gt; सीटू</em&gt; कार्बन Templating xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Enhanced Electron Injection and Exciton Confinement for Pure Blue Quantum-Dot Light-Emitting Diodes by Introducing Partially Oxidized Aluminum Cathode

आंशिक रूप से ऑक्सीकरण एल्यूमीनियम कैथोड शुरू करके शुद्ध नीले क्वांटम-डॉट प्रकाश उत्सर्जक डायोड के लिए बढ़ाया इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन और Exciton संशोधन

Stable and efficient red (R), green (G), and blue (B) light sources based on solution-processed quantum dots (QDs) play important roles in next-generation ...

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

सूक्ष्म स्तंभों के साथ एक 3 डी घटक के इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए एक नरम टूलींग प्रक्रिया श्रृंखला

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

मुलायम वायवीय नेटवर्क के निर्माण परोक्ष कक्षों के साथ प्रेरक

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

एक चर चक्र इंजन मॉडलिंग के लिए एक त्वरित विधि

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...