Contrôle élaboré de l’imprimante à jet d’encre pour la fabrication de supercondensateurs à base de puce

Ce protocole surmonte le supercondensateur à taille fixe existant et fournit une méthode pour produire un supercondensateur de forme libre grâce à une impression à jet d’encre précise. Grâce à ce protocole, l’efficacité des ressources humaines et matérielles peut être assurée. En outre, fournir aux utilisateurs une méthode de contrôle logiciel pour les imprimantes à jet d’encre pourrait aider à fabriquer des supercondensateurs plus précis.

Cette technologie fournit un moyen de gérer les imprimantes à jet d’encre, par conséquent, ce protocole peut être utilisé non seulement pour produire des supercondensateurs, mais aussi pour produire d’autres périphériques. Avant de concevoir le modèle de condensateurs électrochimiques à double couche, ou EDLC, commencez par exécuter le programme de CAO. Accédez au bouton Fichier en haut de la fenêtre du programme et cliquez sur les boutons Nouveau et Projet pour former un nouveau fichier de projet.

Pour générer le fichier du tableau, cliquez sur les boutons Fichier, Nouveau et Tableau dans l’ordre. En haut à gauche de la fenêtre du fichier de tableau créé, cliquez sur le bouton de grille en forme de maillage pour définir les valeurs de la grille Taille, Multiple et Alt. Modifiez la taille de la grille et la valeur Alt de millimètres à pouce afin que l’imprimante à jet d’encre puisse lire le motif CAO du PCB Appuyez sur Finest pour effectuer des ajustements fins.

Une fois les paramètres définis, concevez le motif du collecteur de courant et de la ligne EDLC sous une forme internumérisée. Concevez l’électrolyte en polymère de gel, ou GPE, le motif et les tampons collecteurs de courant sous une forme rectangulaire. Pour trois types de motifs finaux, tels que la ligne conductrice, l’EDLC et le GPE, définissez les trois couches en cliquant sur Affichage et Paramètres de calque dans l’ordre.

Créez de nouveaux calques en appuyant sur le bouton Nouveau calque en bas à gauche de la fenêtre des calques visibles. Dans la nouvelle fenêtre de Nouveau calque, configurez le nom et la couleur du nouveau calque. Pour distinguer visuellement les calques, définissez les noms des trois calques sur collecteur actuel, EDLC et GPE, puis modifiez les couleurs correspondantes en cliquant sur la case à droite de Couleur.

Appuyez sur Ligne en bas à gauche de l’écran. Pour modifier l’épaisseur de la ligne, entrez la valeur de largeur située au centre supérieur à l’échelle du pouce. Ensuite, cliquez sur le champ principal et faites glisser pour tracer une ligne.

Pour modifier la longueur d’une ligne, faites un clic droit sur la ligne et cliquez sur les propriétés en bas. Dans les champs De et À, entrez les valeurs X et Y des points de départ et d’arrivée. Pour le point de référence du motif, définissez le coin supérieur gauche sur 0, 0.

Dessinez le reste du modèle en fonction des informations partagées précédemment. Pour définir le motif dessiné sur le calque souhaité, faites un clic droit sur le motif et cliquez sur Propriétés. Ensuite, cliquez sur Calque et choisissez le calque souhaité.

Dessinez des motifs rectangulaires du pavé collecteur actuel dans GPE en appuyant sur RECT en bas à gauche de la fenêtre principale. Cliquez et faites glisser sur l’écran où le motif précédemment dessiné existe. Ensuite, faites un clic droit sur la surface rectangulaire et cliquez sur Propriétés en bas.

Entrez les valeurs X, Y en haut à gauche et en bas à droite du rectangle dans les champs De et À, respectivement. Définissez le rectangle sur le calque souhaité comme mentionné précédemment. Avant de convertir le fichier CAO du motif conçu au format de fichier Gerber, enregistrez le fichier de la carte au format brd en cliquant sur le fichier et enregistrer.

Après avoir enregistré le fichier, cliquez sur l’onglet Fichier en haut de la fenêtre et cliquez sur Processeur CAM. Pour créer un fichier Gerber du calque souhaité, modifiez les éléments sous l’onglet Gerber des fichiers de sortie en supprimant les sous-listes, telles que cuivre supérieur et cuivre inférieur en appuyant sur le signe moins. Appuyez sur plus et cliquez sur Nouvelle sortie Gerber pour créer une sortie Gerber.

Sur le côté droit de l’écran, définissez le nom du calque dans Nom et fonction sur Cuivre en appuyant sur l’engrenage à droite. Ensuite, définissez le type de calque sur Top et définissez le numéro de calque Gerber du collecteur actuel, EDLC et GPE sur L1, L2 et L3 dans l’ordre. Dans la fenêtre Calques en bas du fichier Gerber, cliquez sur Modifier les calques en bas à gauche pour sélectionner chaque calque souhaité.

Pour définir le nom du fichier de sortie à créer, définissez le nom de fichier Gerber de Sortie en bas de la fenêtre sur prefix/name.gbr. Enfin, cliquez sur Enregistrer le travail en haut à gauche de la fenêtre pour enregistrer les paramètres. Cliquez sur le travail de processus en bas à droite pour créer un fichier Gerber.

Pour définir les paramètres du logiciel de l’imprimante à jet d’encre, exécutez le programme de l’imprimante, puis cliquez sur le bouton Imprimer, sélectionnez Simple et choisissez Encre conductrice flexible. Téléchargez le fichier Gerber du motif conçu en cliquant sur le bouton Choisir un fichier. Choisissez et ouvrez le fichier Gerber de la ligne conductrice.

Cliquez sur le bouton Suivant comme indiqué par la case jaune. Ensuite, fixez la carte PCB et montez la sonde. Une fois cela fait, ajustez le point zéro de l’imprimante PCB à travers la sonde en cliquant sur le bouton Contour.

Déplacez l’image du motif à l’écran en faisant glisser et en cliquant sur le bouton Contour. Vérifiez si la sonde se déplace dans le chemin souhaité. Ensuite, appuyez sur l’onglet Suivant.

Cliquez sur la sonde pour mesurer la hauteur du substrat afin de vérifier si le substrat est plat. Lorsque la mesure de la hauteur est terminée, retirez la sonde et insérez la cartouche d’encre dans le distributeur d’encre et connectez la buse d’un diamètre intérieur de 230 micromètres pour préparer le distributeur. Après avoir monté des distributeurs d’encre pour la ligne conductrice, l’EDLC et le GPE, imprimez un modèle d’échantillon en appuyant sur le bouton Calibrer tout en ajustant les paramètres de chaque encre.

Vérifiez visuellement le résultat d’impression et enregistrez les valeurs des paramètres pour chaque encre. Effacez le motif d’impression de l’échantillon avec une lingette nettoyante humidifiée à l’éthanol avant d’appuyer sur le bouton Démarrer pour imprimer le motif conçu de la ligne conductrice. Après l’impression, retournez la carte et durcissez la ligne conductrice à 180 degrés Celsius pendant 30 minutes, puis mesurez le poids combiné du substrat et de la ligne conductrice.

Sur l’écran d’accueil du programme d’impression, sélectionnez l’option Aligné, chargez le fichier de motif de ligne EDLC et cliquez sur suivant. Assurez-vous que la position de la ligne conductrice est détectée à travers deux points d’alignement pour aligner les positions de motif de la ligne EDLC et de la ligne conductrice. Ensuite, déplacez-vous vers un point aléatoire et vérifiez si l’emplacement est correct.

Mesurez la hauteur totale de la ligne conductrice pour vérifier la hauteur de la buse du distributeur au-dessus de la ligne conductrice en cliquant sur le bouton Sonde. Modifiez les valeurs des paramètres logiciels des encres EDLC. Une fois cela fait, imprimez un exemple de modèle pour vérifier si les valeurs des paramètres logiciels sont appropriées.

Plus tard, effacez le motif d’impression de l’échantillon avec une lingette nettoyante humidifiée à l’éthanol pour imprimer la ligne EDLC en appuyant sur le bouton Démarrer. Effectuez les mesures électrochimiques pour le dispositif de supercondensateur imprimé à jet d’encre. Cliquez sur Appliquer à Ch et exécutez le fichier de séquence du test de voltampérométrie cyclique pour obtenir le résultat.

Cliquez sur Appliquer à Ch et exécutez le fichier de séquence du test de charge/décharge galvanostatique pour obtenir le résultat. Cliquez sur Appliquer à Ch et exécutez le fichier de séquence du test de spectroscopie d’impédance électrochimique pour obtenir le résultat. Les propriétés structurelles de l’encre conductrice et de l’encre EDLC ont été analysées par microscopie électronique à balayage.

L’encre conductrice était bien centrée pour former des chemins conducteurs continus. Tous les composants de l’encre étaient bien dispersés, sans éléments visibles pouvant provoquer un colmatage pendant l’impression. Les propriétés rhéologiques de l’encre EDLC ont été rapportées, et il a été observé que la viscosité de l’encre augmentait avec le temps de cisaillement, indiquant un comportement d’épaississement par cisaillement sans aucune extension structurelle induite par les contraintes, l’étirement ou le réarrangement.

Dans l’étude, un supercondensateur imprimé a été obtenu avec succès. La qualité d’impression est considérée comme bonne. si le motif imprimé présente moins ou pas de défauts, avec une rugosité de surface minimale et une épaisseur uniforme.

Les résultats d’impression avec une fréquence d’avance minimale de 100 millimètres par minute ont montré des lignes uniformes sans déconnexion visible. Le temps d’impression global a été réduit lorsque la vitesse d’alimentation était maximale à 600 millimètres par minute. Par rapport aux résultats imprimés avec une vitesse d’alimentation de 500 millimètres par minute, les lignes formées à 600 millimètres par minute ont été coupées ou fissurées parce que le distributeur se déplaçait rapidement.

Une vitesse d’alimentation de 300 millilitres par minute était optimale pour un temps d’impression approprié et pour éviter la formation de fissures. Les résultats d’impression ont été vérifiés pour les changements correspondants dans le coup de pied. Toutes les lignes étaient déconnectées lorsque le coup de pied était trop bas.

Cependant, la pression élevée à un coup de pied élevé a créé un goulot d’étranglement, entraînant le colmatage de la buse. À la valeur de coup de pied appropriée, la ligne ne s’est pas cassée et la buse ne s’est pas obstruée. Une impression plus précise est possible grâce au contrôle des paramètres logiciels, ce qui permet à de nombreux chercheurs d’utiliser l’impression à jet d’encre dans des conditions optimales dans divers domaines.