Name: Ein 3D-gedruckten Kammer für organische opto-elektronischen Gerät Abbau testen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: Erfahren Sie, wie Sie eine 3D-gedruckte Umgebungskammer für die optoelektrische Charakterisierung luftempfindlicher organischer Bauelemente herstellen. Diese kostengünstige Methode ermöglicht schnelle Anpassungen für verschiedene Experimente.

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Die Autoren erkennen Peter Jonosson und Lyon New Media Centre für den 3D-Druck der Kammern. Diese Forschung wurde durch 436100-2013 RGPIN, ER15-11-123 und der McMaster Dekan des Engineering Excellence Undergraduate Sommer Research Award Programms Undergraduate Research Möglichkeiten unterstützt.

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</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die entscheidenden Schritte in neu zu diesem Experiment beinhalten den Druck von den Kammern zu vermeiden Risse, Lücken oder schlechten in-Fill-Eigenschaften die Metallbeschichteten, Abdichtung der Kammer um ein Eindringen von Feuchtigkeit und Sauerstoff zu verhindern durch anziehen KF50 Klemme zu verringern kann eine vollständige Abdichtung zwischen den oberen und unteren Kammern, mit einer Vakuum-bewertete Niederdruck Epoxy um die Kontaktstifte oder irgendwelche Durchführungen um zu verhindern, undicht, und erstellen e...

Organische und Perowskit optoelektronische Geräte, Solarzellen und Leuchtdioden aufgrund konjugierte π halbleitenden organischen Molekülen und Organometall Halogenide sind ein schnell wachsendes Forschungsgebiet. Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind bereits ein Hauptelement technologische Beleuchtung zeigt1und organische Photovoltaik haben damit begonnen, Effizienzsteigerungen zu erzielen, die sie im Wettbewerb mit amorphem Silizium2machen. Die jüngste rasante Weiterentwicklung von Perowskit-basierten Geräten für Licht absorbieren und Licht emittierende Anwendungen3,4,5 legt nahe, dass kostengünstige, leicht verarbeitete Geräte wahrscheinlich bald weit verbreitet zu finden sind Bereitstellung. Allerdings leiden alle diese Technologien eine Empfindlichkeit, atmosphärische Verunreinigungen, insbesondere Feuchtigkeit und Sauerstoff, die ihre effektive Lebensdauer6,7,8,9begrenzt.
Für Forscher studieren solcher Systeme kann es sinnvoll, eine anpassbare, einfach zu bedienende tragbare und wiederverwendbare Kammer solche empfindlichen Materialien zu schützen oder Verunreinigungen in einer kontrollierten Art und Weise10,11ausgesetzt sein. Obwohl es möglich, eine Glovebox zur Charakterisierung von luftempfindlichen Geräte zu verwenden, diese großen, teuren, und stationären, inerten Umgebungen unvereinbar mit der breiten Palette der Charakterisierung möglicherweise, die erforderlich sein können. Um eine tragbare alternative, Reese Et Al. liefern 10 vorgeschlagen, eine kleine Metall Kammer basiert auf einer standard Vakuum Flansch für die elektrischen und optischen Charakterisierung von organischen Geräte geeignet. Wir haben dieses Design angepasst, so dass es billiger und vielseitiger mithilfe von 3D-Druck, die Kammer Komponenten herzustellen. Die Verwendung der 3D-Druck, sondern als Bearbeitung, ermöglicht schnelle, kostengünstige Anpassungen an veränderte Muster oder Umweltanforderungen und gleichzeitig das Dienstprogramm des grundlegenden Designs. In diesem Beitrag wir erläutern das Verfahren, um eine solche Kammer machen und verwenden, um die Strom-Spannungs-Kennlinien eines organischen Dioden-Geräts zu extrahieren.
Eine gute Einkapselung von organischen und Perowskit Geräte sollten WVTRs von 10-3 - 10-6 g/m2/Tag für langfristige Gerät Stabilität12,13, zu wenig Wasser Eindringen in das organische Gerät gewährleisten auch in sehr harten Bedingungen. Da diese Kammer zu einer kontrollierten Umgebung zu Testzwecken Zwecke anstatt eine langfristige Lagerung oder Kapselung Methode konzipiert wurde, sind die Voraussetzungen für eine effektive Kammer nicht so streng. Die Kammer sollte weiterhin die Geräteeigenschaften innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens Charakterisierung Experimente durchführen können. Das Standardverfahren der Verwendung von PLA resultiert in einer Kammer, die für mehrere Tage oder sogar verwendet werden können Wochen mit einer eingearbeiteten Gasfluss, ohne einen erheblichen Verlust von den Eigenschaften des Geräts.
Die Materialien zu verändern oder auch die Form und Größe des kammerkörpers können drastische Auswirkungen auf das Eindringen von Verunreinigungen aus der Luft in der Kammer. Das Eindringen von Feuchtigkeit und Sauerstoff muss daher sorgfältig überwacht werden, für jedes Design um die Wirksamkeit der Kammer bestimmen. Zusätzlich beschreiben wir, auf die Fertigung der Kammer, ein einfaches Verfahren zur Bestimmung der Metallbeschichteten der Kammer, mit einem im Handel erhältlichen Feuchtesensor, um einen Zeitrahmen für die Verwendung der Kammer für Experimente zu etablieren.
Eine einfache und doch vielseitige Kammer kann mehrere Arten von Experimenten durchgeführt werden. Sie fungieren als inerter Atmosphäre Umgebungen außerhalb der Glovebox, geeignet für elektrische und optische Charakterisierung durch die Durchführung der elektrischen Anschlüsse und Fenster. Ihre Beweglichkeit ermöglicht es ihnen, mit standard Elektrische Charakterisierung Ausrüstung außerhalb des Labors, wo sie hergestellt wurden, verwendet werden, die in Round-Robin für Zuverlässigkeit14 Tests nützlich ist oder zertifizierte Messungen des Gerätes zu erhalten Leistung15. Diese Räume eignen sich auch besonders für die Untersuchung der Auswirkungen der Einführung von Schadstoffen für kontrollierten Abbau Tests mit einfachen Modifikationen. Der Einsatz von 3D Druck ermöglicht eine signifikante und schnelle Anpassungsfähigkeit an wechselnden Gerät Layouts, Größen, oder Testanforderungen.

<table><tbody><tr><td>ORION DELTA DESKTOP 3D-DRUCKER RTP</td><td>SeeMeCNC</td><td>87999</td><td>Bekannt im Bericht als: 3D-Drucker</td></tr><tr><td>1,75 mm PLA Filament</td><td>SeeMeCNC</td><td>50241</td><td>Bekannt im Bericht als: PLA</td></tr><tr><td>Somos&reg; WaterShed XC 11122 Kammer</td><td>Somos</td><td>gedruckt bei Custom Prototypes, Toronto.</td><td>https://www.dsm.com/products/somos/en_US/products/offerings-somos-water-shed.html Im Bericht bekannt als: Wasserfestes Polymer</td></tr><tr><td>CURA</td><td>CURA</td><td></td><td>https://ultimaker.com/en/products/cura-software Im Bericht bekannt als: Schneidesoftware</td></tr><tr><td>Lötkolben mit 600°; F-Tipp</td><td>Weller</td><td>WTCPT</td><td></td></tr><tr><td>Xtralien X100 Source Measure Unit</td><td>Ossila</td><td>E561</td><td>Bekannt im Bericht als: SMU</td></tr><tr><td>ZIF Test Board für verpixelte Anodensubstrate</td><td>Ossila</td><td>E221</td><td>Bekannt im Bericht als: Null Einschubkraft/ZIF Test Board;</td></tr><tr><td>BNC-Kabel</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Generisches USB A - B</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Generisches USB A - Micro</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>#12 O-Ring</td><td></td><td></td><td>Quelle unbekannt Bekannt im Bericht als: O-Ring</td></tr><tr><td>116 Butyl O-Ring</td><td>Global Rubber Products</td><td>116 VI70</td><td>Im Geschäft gekauft Bekannt im Bericht als: O-Ring</td></tr><tr><td>Sicherungsring</td><td>McMaster</td><td>NA</td><td>3D-gedruckt hauseigene</td></tr><tr><td>Unterkammer</td><td>McMaster</td><td>NA</td><td>3D-gedruckte</td></tr><tr><td>hauseigene Oberkammer</td><td>McMaster</td><td>NA</td><td>3D-gedruckte hauseigene</td></tr><tr><td>KF50 Gussklemme (Aluminium)</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>QF50-200-C</td><td></td></tr><tr><td>KF50 Zentrierring (Aluminium)</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>QF50-200-BRB</td><td></td></tr><tr><td>Sn60 / Pb40 Löten</td><td>MG Chemikalien</td><td>4895-2270</td><td></td></tr> <tr><td># 4-40 x 3/16 " Maschinenschraube</td><td></td><td></td><td>Baumarkt</td></tr> <tr><td># 4-40 IntThrd Messing TaperSingleVane Einsatz für thermoplastische</td><td>Befestigung</td><td>11125984</td><td>Befestigung erfordert eine Verbindung zu einem Unternehmen / einer Universität Bekannt im Bericht als: # 4-40 Messing konischer Gewindeeinsatz</td></tr><tr><td>Varian Torr Seal Vacuum Equipment Hochvakuum-Epoxid-Vakuumprodukte</td><td>Canada Inc.</td><td></td><td><stark> im Bericht bekannt als: < / stark> Niederdruck-Epoxidharz</td></tr><tr><td>Smiths Interconnect / IDI Kontaktstifte HEADED RADIUS</td><td>Mouser Electornics</td><td>818-S-100-D-3.5-G</td><td> im Bericht bekannt als: Pogo-Stift</td></tr><tr><td>Smiths Interconnect / IDI Kontaktsonden Buchsen Lötkelch</td><td>Mouser Electornics</td><td>818-R-100-SC</td> <<td>strong> im Bericht bekannt als: < / stark> Lötkelch</td></tr><tr><td>1/4" Teflonschlauch</td><td></td><td></td><td>Baumarkt</td></tr><tr><td>Teflonband</td><td></td><td></td><td>Baumarkt</td></tr><tr><td>1/4" Rohr x 1/8" Außengewinde NPT Vernickeltes Messing Push-to-Connect-Steckverbinder</td><td></td> Befestigungsbefestigung <td>442064</td><td>Nicht die gleichen, die für diese Studie verwendet wurden, aber funktional gleichwertig sind Im Bericht bekannt als: Push-to-Connect-Pneumatikstecker</td></tr><tr><td>1/8" NPT-Gewindebohrer und T-Schlüssel</td><td></td><td></td><td>Baumarkt</td></tr><tr><td>1/4" Rohr Push-to-Connect Manuell betätigte Ventile</td><td>Fluidline</td><td>7910-56-00</td><td><stark>Bekannt im Bericht als:</stark> manuell betätigte Push-to-Connect-Ventile</td></tr><tr><td>Adafruit DHT22 Feuchtigkeitssensor (klein)</td><td>Digi-Key</td><td>385</td><td><stark>Bekannt im Bericht als:</stark> interner Feuchtigkeitssensor</td></tr><tr><td>Adafruit DHT22 Feuchtigkeitssensor (groß)</td><td>Digi-Key</td><td></td><td>Im Bericht bekannt als: externer Feuchtigkeitssensor</td></tr><tr><td>Arduino Uno</td><td>Arduino Glovebox</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Umgebung</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>10 kOhm Widerstand</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oszilla Xtralien Scientific Python IDE</td><td>Oszilla</td><td></td><td>https://www.ossila.com/pages/xtralien-scientific-python im Bericht bekannt als: Python IDE</td></tr></tbody></table>

ein 3d-gedruckten kammer für organische opto-elektronischen gerät abbau testen

A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

In diesem Manuskript skizzieren wir die Herstellung einer kleinen, tragbaren, einfach zu bedienende atmosphärischen Kammer für organische und Perowskit optoelektronische Geräte mit 3D-Druck. Da diese Art von Geräten empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff sind, kann solch eine Kammer Forscher bei der Charakterisierung der elektronischen und Stabilität Eigenschaften unterstützen. Die Kammer soll als eine temporäre, wiederverwendbare und stabile Umgebung mit kontrollierten Eigenschaften (einschließlich Feuchtigkeit, Gas-Einführung und Temperatur) verwendet werden. Es kann verwendet werden, um luftempfindliche Materialien zu schützen oder in einer kontrollierten Weise für Abbau Studien Verunreinigungen ausgesetzt. Um die Eigenschaften der Kammer zu charakterisieren, skizzieren wir ein einfaches Verfahren um die Wasserdampf-Übertragungsrate (Metallbeschichteten) mit Relative Luftfeuchtigkeit gemessen an einem standard Feuchtesensor zu bestimmen. Dieses Standardverfahren, mit einer 50 %-Infill-Dichte von Polymilchsäure (PLA), resultiert in einer Kammer, die wochenlang ohne erheblichen Verlust der Eigenschaften des Geräts verwendet werden kann. Die Vielseitigkeit und Benutzerfreundlichkeit der Kammer ermöglicht es, jede Charakterisierung Bedingung angepasst werden, die eine kompakte kontrollierter Atmosphäre erfordert.

Strom-Spannungs-Messungen:
Diese Kammer ist so konstruiert für das Testen einer luftempfindlichen Diode-Geräts, z. B. einer organischen oder Perowskit Solarzelle oder eine Leuchtdiode zu ermöglichen. Es kann als eine wiederverwendbare, temporäre Kapselung oder als Methode zur Einführung von Verunreinigungen zum kontrollierten Abbau Tests ausführen fungieren. Die Stromdichte-Spannung (JV) Kurven, die hier gezeigt...

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll für das Design, die Herstellung und die Verwendung einer einfachen, vielseitigen 3D-gedruckten und kontrollierten atmosphärischen Kammer für die optische und elektrische Charakterisierung von luftempfindlichen organischen optoelektronischen Geräten.

Ein 3D-gedruckten Kammer für organische opto-elektronischen Gerät Abbau testen

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...

Eine tragbare, vielseitige 3D-gedruckte Klimakammer kann dazu beitragen, wichtige Fragen im Bereich der organischen Elektronik zu beantworten, insbesondere in Bezug auf die Degradation von Geräten unter verschiedenen Bedingungen. Der Hauptvorteil der Verwendung einer 3D-gedruckten Kammer besteht darin, dass sie schnelle kostenwirksame Anpassungen ermöglicht, um sich ändernde Proben- oder Umweltanforderungen zu erfüllen, während der Nutzen des Grunddesigns erhalten bleibt. Die niedrigen Kosten und die Geschwindigkeit der Produktion mit 3D-Druck ermöglichen es Forschern, unsere Entwürfe schnell an ihre Zwecke anzupassen.Dazu gehören unterschiedliche Gerätegrößen, zusätzliche Anschlüsse und zusätzliche Sensoren. Ein Merkmal der Kammern ist ihre Herstellungsmethode. Dies ist ein Beispiel für ein Design, eine IV-Testkammer mit sechs Pixeln.Es wird aus 3D-gedruckten Komponenten für die obere Kammer, einen Sicherungsring und eine untere Kammer hergestellt. Dies gibt einen Überblick über den Aufbau der Kammer mit einem Gerät. Der O-Ring und die Dichtung sind nicht 3D-gedruckt.Konzentrieren Sie sich vorerst auf die obere Kammer. Halten Sie die Innenseite der oberen Kammer nach oben. Suchen Sie eines der vier Pilotlöcher und bohren Sie ein Gewindebohrloch.Wenn alle Löcher mit Gewinde versehen sind, setzen Sie einen konischen Gewindeeinsatz aus Messing mit kleinerem Durchmesser nach unten in eines der Löcher ein. Drücken Sie die erhitzte Spitze eines Lötkolbens in den Gewindeeinsatz, während Sie den Nenndruck ausüben, um den Einsatz gerade nach unten zu bewegen. Stoppen, wenn sich die Oberseite des Einsatzes etwa einen Millimeter über der Innenfläche der oberen Kammer befindet.Während der Kunststoff noch heiß ist, drücken Sie den Einsatz mit der Kante einer geraden Kante leicht an, damit er bündig mit der Kammerfläche abschließt. Lassen Sie den Kunststoff eine Minute lang abkühlen und fügen Sie dann einen zweiten Einsatz hinzu. Platzieren Sie anschließend den Sicherungsring über dem Einsatz, um sicherzustellen, dass die Löcher ausgerichtet sind.Befolgen Sie die gleichen Schritte, um Einsätze in den verbleibenden Löchern zu installieren. Setzen Sie mit den Einsätzen den O-Ring in die kreisförmige Nut an der Kammerfläche ein und drücken Sie ihn ein. Holen Sie sich als Nächstes das organische Gerät.In diesem Fall eine Sechs-Pixel-Diode. Platzieren Sie zum Testen das organische Gerät auf dem O-Ring. Richten Sie als Nächstes die Löcher der Sicherungsringe mit den Metalleinsätzen in der oberen Kammer aus.Befestigen Sie die beiden mit Schrauben miteinander und drücken Sie das Gerät gegen den O-Ring. Hier ist ein Beispiel für eine obere Kammer mit einer Vorrichtung und einem Sicherungsring. Der O-Ring sollte vollständig in die Nut passen, frei von Bersa-Partikeln sein und zwischen 15 und 25 Prozent seines Querschnitts zusammengedrückt werden, um eine ausreichende Abdichtung zu gewährleisten.Knacken Sie die Probe nicht, wenn Sie die Schrauben festziehen. Wenn Sie fertig sind, lassen Sie die zusammengebaute obere Kammer mindestens 24 Stunden lang in einem Handschuhfach. Wenn die obere Kammer im Handschuhfach montiert ist, gehen Sie zur Arbeit mit der unteren Kammer über.Die untere Kammer verfügt über Löcher für Kontaktstifte, die für die Messung der Stromspannung benötigt werden. Bestehen Sie aus jedem Kontaktstift ein Pogo-Stift und ein Lötkelch. Führen Sie sechs bis sieben Millimeter des schmalen Endes des Pogo-Stifts in den Lötkelch ein.Verwenden Sie helfende Hände, um die Teile des Kontaktstifts horizontal abzustützen. Berühren Sie eine erhitzte Lötkolbenspitze mit dem Verbindungsbereich zwischen Pogo-Stift und Becher. Drücken Sie Lötzinn in den Verbindungsbereich und erhitzen Sie den Bereich weiter, bis das Lötzinn schmilzt.Wenn Sie fertig sind, sollte eine dünne, glatte Lötschicht den Bereich zwischen den beiden Teilen rundherum bedecken. Das Lot muss auf die Außenseite des Pins gelegt werden, da das Löten der Innenseite den Pin unbrauchbar macht. Achten Sie immer darauf, die elektrische Verbindung über den Stift und den Becher vor und nach der Montage an der Kammer zu überprüfen.Schieben Sie den fertigen Kontaktstift in eines der Löcher an der Außenseite der unteren Kammer. Stoppen Sie, wenn etwa 2,2 Zentimeter des Lötkelchs über die Außenseite hinausragen. Verwenden Sie Epoxidharz, das für Vakuumanwendungen geeignet ist, und tragen Sie es um den Kontaktstift und das Loch auf, um das Eindringen von Luft zu verhindern.Tragen Sie das Epoxidharz um das Loch herum auf, sowohl innen als auch außen. Lassen Sie das Epoxidharz idealerweise 24 Stunden lang bei 25 Grad Celsius aushärten, bevor Sie die Schritte für jeden Kontaktstift wiederholen. Stellen Sie für jeden der Pins sicher, dass das ausgehärtete Harz weiß ist.Es sollte fest sein, wenn es gedrückt wird. Fügen Sie den Kontaktstiften, die für den Anschluss an die Messplatine erforderlich sind, Kabel hinzu. Legen Sie zu diesem Zeitpunkt die zusammengebaute untere Kammer mit der oberen Kammer in das Handschuhfach und lassen Sie es mindestens 24 Stunden lang stehen.Kehren Sie nach 24 Stunden für die Endmontage in das Handschuhfach zurück. Arbeiten Sie in der Handschuhbox und bringen Sie eine KF50-Zentrierdichtung auf der unteren Kammer an. Richten Sie als Nächstes die Kerben in den beiden Kammern aus.Setze dann die obere Kammer auf die untere. Um die Teile zu sichern, öffnen Sie eine KF50-Klemme und platzieren Sie sie um den Rand der beiden Kammern. Ziehen Sie die Flügelmutter so fest wie möglich, um die Schraube zu befestigen.Lassen Sie die fertige Kammer im Handschuhfach, bis sie benötigt wird. Halten Sie einen Computer und die anderen notwendigen Geräte für das Experiment bereit. Dazu gehören eine Quellenmesseinheit und eine Null-Einfügekraft-Testplatine.Schließen Sie ein BNC-Kabel vom ersten Kanal der SMU an die Testplatine an. Verbinden Sie die SMU über ein USB-Kabel mit dem Computer. Schließen Sie außerdem das Netzteil an die SMU an.Richten Sie die Computersoftware für die Messung ein. Suchen Sie an der SMU den Bereichsschalter mit der Bezeichnung zwei und schalten Sie ihn in die Position Ein. Holen Sie nun die fertig montierte Kammer aus dem Handschuhfach.Verbinden Sie die Kontaktstifte der Kammern mit der Testplatine. Fokussieren Sie sich auf ein Pixel und schalten Sie den Kathodenstift auf Masse. Schalten Sie den Anodenpin auf BNC um.Stellen Sie sicher, dass die anderen Pixel ausgeschaltet sind. Führen Sie die Software aus, um die Messungen durchzuführen. In diesem Diagramm ist in Hellblau die Stromdichtespannungskurve eines standardmäßigen organischen Photovoltaikgeräts in der Kammer ohne Beleuchtung dargestellt.Die dunkelblaue Kurve ist für das gleiche Gerät mit einem Objektträger über dem aktiven Bereich verkapselt und mit Epoxidharz versiegelt. Dabei handelt es sich um die gleichen beiden Systeme, die von einer Laborlichtquelle beleuchtet werden. Die Diagramme zeigen das erwartete Diodenverhalten.Bei diesem Verfahren ist es wichtig, eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Gerät und der Kammer durch die Verwendung von Pogo-Stiften und zwischen der Kammer und der Messplatine durch die Verwendung einer geeigneten Verkabelung oder eines Stützkragens herzustellen. Nach diesem Verfahren ist es möglich, eine Kammer für Kurzzeittests geeignet zu machen, wenn darauf geachtet wird, dass kein Leck auftritt. Testen Sie immer die Wasserdampf- und Sauerstoffdurchlässigkeit in die Kammer, wenn Sie unterschiedliche Materialien oder Ausführungen verwenden.Diese 3D-gedruckte Klimakammer bietet einen kostengünstigen, vielseitigen und anpassbaren Ansatz zum Testen der Gerätedegradation. Forscher können bei der Prüfung von Geräten schnell und einfach Modifikationen für ihre eigenen Zwecke vornehmen.

a-3d-printed-chamber-for-organic-optoelectronic-device-degradation

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Ingenieurwesen

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Eine Lab-On-A-Chip-Plattform zur Stimulierung der Osteozyten-Mechanotransduktion und zur Analyse der funktionellen Ergebnisse des Knochenumbaus

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Mikrofluidische Fertigungstechniken zur Hochdruckprüfung von mikroskaligen superkritischenCO2-Schaumtransporten in gebrochenen unkonventionellen Reservoirs

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