הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

תא מודפס 3D עבור התקן מעגל אורגני השפלה בדיקות

7.4K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/56925

⸱

10 באוגוסט 2018

 ,  ,  , 
1Department of Engineering Physics, McMaster University, 2Department of Physics, Engineering Physics and Astronomy, Queen's University

במאמר זה

סיכום

כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור עיצוב, ייצור, שימוש פשוט, תכליתי מודפס 3D ומבוקר אטמוספרי תא אופטי וחשמליים אפיון התקני אוויר רגיש מעגל אורגני.

תקציר

כתב יד זה, אנו מכינים לייצור תא אטמוספרי קטן, נייד, קל לשימוש עבור אורגני והתקנים פרוביסקיט מעגל, באמצעות הדפסת תלת-ממד. כמו סוגים אלה של מכשירים רגישים לחות וחמצן, תא כזה יכול לסייע חוקרים באפיון המאפיינים אלקטרונית ויציבות. החדר נועד לשמש כסביבה זמני הניתן לשימוש חוזר, יציב עם המאפיינים מבוקר (כולל, מבוא גז, חום ולחות). זה יכול לשמש כדי להגן על חומרים רגישים אוויר או לחשוף אותם מזהמים בצורה מבוקרת ללימודי השפלה. כדי לאפיין את המאפיינים של התא, אנחנו חלוקה לרמות הליך פשוט כדי לקבוע את קצב השידור אדי מים (WVTR) באמצעות לחות יחסית כפי שנמדד על ידי חיישן לחות רגיל. זה הליך סטנדרטי באמצעות צפיפות infill 50% של חומצה polylactic (PLA), תוצאות תא יכול לשמש במשך שבועות ללא אובדן משמעותי של מאפייני התקן. רב-תכליתיות ונוחות שימוש של התא מאפשר לו להיות מותאם כל תנאי אפיון הדורשת אווירה שבשליטת קומפקטי.

מבוא

מכשירים מעגל אורגנית, פרוביסקיט, תאים סולריים, דיודות פולטות אור מבוסס על מצומדת π מולקולות אורגניות מוליכים למחצה הלידים organometal הם שטח בצמיחה מחקר. אורגני דיודות פולטות אור (OLEDs) נמצאים כבר מרכיב הטכנולוגיות הגדולות תאורה ומציגה1, photovoltaics אורגני החלו להשיג יעילות שהופכים אותם תחרותי עם סיליקון אמורפי2. קידום מהיר לאחרונה מכשירים מבוססי פרוביסקיט עבור קליטת אור ופולט-אור יישומים3,4,5 מרמז כי התקנים נמוכים, מעובד בקלות צפויים בקרוב למצוא נרחבת פריסה. עם זאת, כל הטכנולוגיות האלה סובלים רגישות כדי מזהמים באטמוספירה, בעיקר נוזלים, חמצן, אשר מגביל את שלהם תקופות חיים יעיל6,7,8,9.

עבור החוקרים ללמוד מערכות כאלה, זה יכול להיות שימושי שיהיה חדר, קל לשימוש, נייד, וניתנת לשימוש חוזר כדי להגן על חומרים רגישים כאלה או לחשוף אותם מזהמים10,11מבוקר. למרות שזה אפשרי לשימוש עם הכפפות אפיון התקני אוויר רגיש, סביבות אלה גדול, יקר, והוא קבוע-מיקום, אינרטי עשוי להיות בקנה אחד עם מגוון רחב של אפיון עשוי להידרש. כדי לספק נייד, אלטרנטיבי, ריס. et al. 10 הציע תא מתכת קטן המבוסס על מקורבות ואקום סטנדרטי מתאים חשמלית, אופטי אפיון התקנים אורגניים. אנחנו הסתגלו עיצוב זה, שהופך אותו תכליתי יותר וזולה יותר באמצעות הדפסת תלת-ממד כדי לייצר את הרכיבים קאמרית. השימוש של הדפסת תלת-ממד, יותר מאשר עיבוד שבבי, מאפשר התאמות מהירה, חסכונית המשתנים מדגם או דרישות איכות הסביבה תוך שמירה על השירות של העיצוב הבסיסי. בתרומה זו, המתאר את ההליך כדי לעשות כזה תא, ואנו להשתמש בו כדי לחלץ את מאפייני זרם-מתח של המכשיר דיודות אורגניות.

טוב ומגעים אורגניים ויש לו פרוביסקיט מכשירים WVTRs של 10-3 --6 10 גרם/מ2/יום עבור לטווח ארוך התקן יציבות12,13, כדי להבטיח הקטן חדירת מים לתוך המכשיר אורגני גם מאוד בתנאים קשים. כמו החדר הזה נועד להיות סביבה מבוקרת לבדיקת למטרות יותר מאשר שיטת אחסון או כימוס לטווח ארוך, הדרישות עבור חדר יעיל אינם כמו קפדנית. החדר צריך להיות מסוגלים לשמור את מאפייני התקן בתוך פרק זמן סביר לביצוע ניסויים אפיון. הליך מקובל השימוש PLA תוצאות בתוך תא אשר יכול לשמש במשך מספר ימים או אף שבועות עם תזרים גז מואגד, בלי לאובדן משמעותי של מאפייני ההתקן.

שינוי החומרים, או אפילו הצורה והגודל של הגוף קאמרית יכול להשפיע באופן דרסטי את חדירת מזהמים מהאוויר לתוך החדר. לכן, חדירת של לחות וחמצן צריך להיות במעקב בקפידה עבור כל עיצוב לקבוע את היעילות של התא. אנו, בנוסף על הזיוף של התא, חלוקה לרמות הליך פשוט לקביעת את WVTR של התא, באמצעות חיישן לחות זמינים מסחרית, כדי לקבוע פרק זמן השימוש של החדר לניסויים.

חדר כזה פשוט, אך תכליתי מאפשר מספר סוגים של ניסויים שיש לבצע. הם יכולים לשמש אווירה אינרטי סביבות מחוץ הכפפות מתאים אפיוני חשמלית, אופטי דרך יציאות מוזנים חשמלית חלון. ניידות שלהם מאפשר להם לשמש עם אפיון חשמל רגיל ציוד מחוץ למעבדה, שם הם יוצרו אשר שימושי ותרנגולת בדיקות אמינות14 או כדי לקבל מדידות מוסמך של המכשיר ביצועים15. התאים האלה הם גם שימושי במיוחד ללמוד את ההשפעות של המבוא של מזהמים לבדיקות השפלה מבוקרת, עם שינויים פשוטים. השימוש של הדפסה תלת-ממדית מאפשרת של הסתגלות משמעותי, מהירה שינוי התקן פריסות, גדלים, או דרישות בדיקה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. החלקים קאמרית הדפסה 3D

הערה: כל מדפסת הכנה, הגדרות תוכנה "מבצעה" ופרמטרים ההדפסה היו ספציפיים למדפסת המצוין בטבלה של חומרים. יש מגוון רחב של מדפסות תלת-ממד, כל אחד עם קבוצת משלהם צעדים הכנה, פרמטרים אופטימליים. יש גם מגוון רחב של צבעים אפשריים עבור חוט הלהט פולימר המשמש את החלקים המודפס. לא נדרש להשתמש את הפלסטיק זהה עבור כל חלק.

  1. בחר את קבצי .stl המתאים בהתאם לתצורת הקאמרית המבוקשים.
    הערה: תצורות אלה מפורטים איור 1, יחד עם תצוגה מורחבת של תצורה קאמרית מלאה אחת.
  2. להגדיר את התוכנה עם פרוסות כדי להמיר את קבצי .stl קבצים .gcode המדפסת יקראו.
    1. הורד את התוכנה עם פרוסות המופיעים בטבלה של חומרים.
    2. בחר את המדפסת נמצא בשימוש על-ידי ניווט אל אחרים ולמצוא את המדפסת בשימוש.
    3. נווט להגדרות > מדפסות > ניהול מדפסות > הגדרות המחשב ושנה את ההגדרות כפי שמוצג באיור2.
  3. המר את קובץ .stl קובץ .gcode עם הפרמטרים הרצויים משתמש עם התוכנה עם פרוסות.
  4. שמור את הקובץ המומר .gcode כרטיס ה-SD ולהוסיפו במדפסת תלת-ממד.
  5. להכין את המדפסת התלת-ממד לשימוש.
    1. לכסות את המיטה להדפסה עם דבק סלוטייפ צבעי כחול. ודא אין ריפס, בועות אוויר, או משטחים אחידים על-ידי הפעלת אובייקט סוג כרטיס האשראי על גבי משטח המגע.
    2. רמה המיטה מדפסת אם יש צורך בכך. השיטה שונה לכל מדפסת, יכול להיות תחקיר.
  6. נווט להדפיס כרטיס SD בתצוגת המדפסת 3D ובחר את הקובץ הרצוי.
    הערה: המדפסת, בהתחלה, לחמם שלה מיטה, הנחיר, ולאחר מכן הדפס את להתחיל.
  7. חזור על שלבים 1.3-1.6 לכל חלק שיודפס.

figure-protocol-1
איור 1: תצורת שולחן עם תצוגה מורחבת של התא מבחן. () טבלה זו מציגה את הקבצים .stl עבור תצורות שונות של לשכת. השורות להראות מעובד תלת-ממד שרטוטים של הווריאציות על כל חלק קאמרית שיודפס. העמודות להראות את החלקים הדרושים להשלמת תא יחיד. שימו לב כי חדר יהיה לתא התחתון או לתא התחתון עם יציאות גז, לא שניהם. (b) לוח זה מציג מבט CAD מופרדת תא המודפס עבור תצורת הבדיקה IV 4 פיקסלים. שימו לב: o-ring את המכשיר אורגני, את האטם מרכוז-KF50 אינם מודפסים תלת-ממד. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

figure-protocol-2
איור 2: הגדרות מדפסת תלת-ממד- זהו צילום מסך של מכונת הדרושים בהגדרות של התוכנה עם פרוסות לייצר החלקים מודפס 3D עבור התאים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

2. מכלול התא העליון

  1. להוסיף מוסיף משורשרות לתא העליון (ראה ב איור 3b לקבלת מידע אודות אופן ההחלה של הליכי מוסיף).
    1. תרגיל 4 חורים הקשה של 0.404 ס מ קוטר (גודל 21 imperial) לעומק של 0.397 ס מ (5/32 ב) בתוך החורים פיילוט 4 החלק התחתון של התא העליון המודפס (ראה איור 1 א').
    2. המקום של הוספה הליכי צמצום פליז בגודל חוט #4-40 (0.248 ס מ קוטר) לתוך החור קדח בקוטר קטן יותר כלפי מטה.
    3. הפעל במלחם. כאשר מחממים עד בערך 330-350 ° C, הקש הטיפ מלחם הכנס משורשרות והפעילו לחץ נומינלי כמו תותב מחממת את הפלסטיק כדי לאפשר לו להחליק לתוך החורים מוכן. לשמור על הפעלת לחץ (הבטחת תותב עוברת ישר למטה) עד שהמשטח העליון של הקדמי, הפנים התחתון של התא העליון על 1 מ מ אחד מהשני.
    4. מצמידה קצה ישר כמו סרגל נגד הפנים העליון של הקדמי בזמן הפלסטיק הוא עדיין חם כדי להבטיח שזה מיושר עם הפנים התחתון של התא העליון. אפשר 1 דקות עבור הפלסטיק להתקרר לפני שתמשיך.
    5. ודא את היישור של התוספות על ידי הצבת את הטבעת שהגנו על הוספה בודק לראות אם החורים בשורה. ראה איור 3 ג.
    6. חזור על הפעולות של צעדים 2.1.2 - 2.1.5 עבור כל מוסיף 4.
  2. הכנס ולחץ בוטיל גודל-116 o-ring לתוך החריץ מעגלית של החלק התחתון של התא העליון.
  3. למקם את המכשיר אורגני על גג o-ring (ראה איור 4 לפרטים על 2 תבניות פיקסל אפשרי).
    הערה: התקן אורגני יחיד יכול להיות מורכב ממספר של דיודות בודדים שניתן למדידה באופן עצמאי. אלה מכונים "פיקסלים". הדפוסים באיור 4 מייצגים את הכיוון של המכשיר אורגני כמו להניחה בחדר העליון. החריץ בצד החדר צריכה להיות בצד שמאל של המכשיר אורגני (4-פיקסל) או מתחת המכשיר אורגניים (6-פיקסל) (בהתאם לסימנים התמצאות על הדפוסים באיור4).
  4. בסביבת הכפפות, להדק את הטבעת שהגנו לתא העליון על ידי לדפוק את הברגים חוט ארבע 4-40 (0.248 ס מ קוטר, 0.478 ס מ אורך) דרך טבעת שהגנו לתוך השרוול משורשרות. הקש את המכשיר בין הטבעת שהגנו על o-ring. נקטו זהירות לא לפרוץ את המכשיר על ידי לדפוק את הברגים מצטבר, הולך שמינית הסתובב כל מעבר.
    הערה: כדי להבטיח גושפנקה מספיקות, בדוק כי o-ring לוחצות את ההתקן מסביב עם דחיסה 15-25%.

figure-protocol-3
איור 3: הרכבת של התא העליון. () לוח זה מציג לתא העליון המפורק 4 פיקסלים. (b) לוח זה מציג את היישום של הליכי מוסיף בתא העליון באמצעות עבודה עם מלחם. (ג) לוח זה מציג רכיבי חלקית שהורכב קאמרית העליון מציג את היישור של הטבעת שהגנו לתא העליון (שים לב o-ring וברגים אינן מוצגות עבור בהירות). צבעים שונים של פלסטיק PLA שימשו ההדפסה של חלקים שונים; אלה השפעה על הביצועים של החדר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

figure-protocol-4
איור 4: התקן אפשרי תבניות פיקסל עבור פריסה pin- בלוחות אלה מציגות את המיתאר של ההתקן תא פוטו-וולטאי או דיודה פולטת אור אורגני המשמש להקצאת pin קשר מיקומים עבור () 4-פיקסל ותצורה קאמרית (b) IV 6-פיקסלים הבדיקה. כל פיקסל ממוספר עם הפניה הסימנים התמצאות (כוכבים ירוקים) עבור מיקום הנכון שלהם בבית הבליעה. עיגולים אדומים ושחורים מייצגים קטודית, אנודת אנשי הקשר (כלומר, עמדות ה-pin), בהתאמה. שימו לב עבור תצורת 6-פיקסלים, הפיקסלים שני העליונים הם רעולי פנים על-ידי פתיחת בתא העליון אינן ממוספרות כפי רק ארבעה פיקסלים יכול להיבדק בתנאים תאורה או פליטה. (c) לוח זה מראה את הכיוון של מכשיר 6-פיקסל ביחס 6-פיקסל בתחתית המצודה עם עמדות pin המצוין. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. לעזוב את התא העליון שהורכב בסביבה הכפפות לצורך ≥ 24 שעות כדי לאפשר לחות נספג על ידי הלשכה כדי להימלט מן החומר. המשך לשלב 3 בזמן ההמתנה.

3. מכלול התא התחתון

הערה: רק בצע צעד 3.1 אם תצורה עם תא תחתון עם יציאות זרימת גז יש צורך.

  1. להוסיף דחיפה-כדי-חבר מחברי פנאומטיים עבור תזרים גז אינרטי בתחתית המצודה עם יציאות זרימת גז (ראה איור 5).
    1. באמצעות ברז החוט צינור הלאומית (NPT) בגודל של 1/8 עם יד T-ברגים, הקש על שני חורים ממוקם בצד בתחתית המצודה עם היציאות זרימת גז. להבטיח כי החור כדי אנכי, החדר מוחזק בצורה מאובטחת במקום, מקם את הברז בתוך החור.
    2. באמצעות T-מפתח הברגים המחובר לברז, לאט טוויסט הברגים בכיוון השעון, המבטיח כי השרידים ברז אנכי, עומדים בשורה עם החור כמו החוטים נוצרות. כל תורות 5, סובב נגד כיוון השעון הגדול פעם אחת מלאה להפוך, בליפוף עוד תורות 5, חוזר עד חוט נחתך לתחתית הבור.
    3. לעטוף את הקלטת טפלון סביב המחברים דחיפה-כדי-לחבר 2-פנאומטיים על ידי ליפוף נגד כיוון השעון סביב הנושאים את הקלטת (בעת הצגת ההתאמה מלמעלה כמו הוא מוברג) 2 x.
      הערה: לקבלת מידע נוסף, עיין הקשה המדריך של machinists.
    4. בורג המחברים פנאומטיים לתוך החורים מצותתים, באמצעות מפתח ברגים להדק אותם. הקפידו לא overtighten ולהיסדק הפלסטיק.
    5. החל אפוקסי בלחץ נמוך סביב לגימורים ישובים. על פיסת נייר, השתמש מקל ארטיק לערבב 2-חלק בסיס שרף עם 1-חלק במינראליים (שניהם כלולים). תערובת זו היא האפוקסי.
    6. בעזרת קיסם, למרוח שכבה של אפוקסי סביב השטח בין בתחתית המצודה עם היציאות זרימת גז ואביזרים. לאפשר את אפוקסי לשבת במשך 1-2 h עבור שרף להקשיח ב 25 º C. לריפוי מלא, לאפשר את אפוקסי לנוח במשך 24 שעות ביממה ב 25 º C. ודא כי הגדרת שרף לבן ומוצק בעת לחיצה.
      התראה: במינראליים אפוקסי שרף אפוקסי לגרום לכוויות וגירוי של העיניים והעור. אפוקסי עלול לגרום של עור אלרגית או תגובה בדרכי הנשימה. הוא עלול לגרום לגירוי דרכי הנשימה. זה יכול להיות מזיק אם נבלע או נספג דרך העור. להבטיח אוורור נאותים, הימנע מכל מגע עם העור ובגדים. לא לנשום את האדים. לענוד הגנה העין וכפפות בעת טיפול אפוקסי.
    7. התחבר המחברים דחיפה-כדי-לחבר פנאומטיים השסתומים דחיפה-כדי-לחבר המופעלים באופן ידני עם חתיכות 2 ס מ טפלון אבובים. הקוטר של הצנרת צריכה להיות תואמת את אשר נדרש על ידי המחבר דחיפה-כדי-לחבר בשימוש.

figure-protocol-5
איור 5: חדר התאספו הגז יציאות. לוח זה מראה תא שהורכב במלואו כולל תא תחתון עם יציאות גז. היציאות דחיפה-כדי-לחבר גז בתוך החורים זמינים בבית הבליעה מחוברים צינורות עם גז זרימת הבקרה שסתומים לשליטה המבוא של גז. שימו לב כי הפינים קשר מושמטים עבור בהירות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. להוסיף סיכות קשר חשמלי לתא התחתון למדידה נוכחית מתח (IV) (ראה איור 6).
    1. הכנס 6-7 מ מ הקצה הצר של סיכה פוגו סוף כוס הלחמה הנשי. השילוב של 2 חלקים אלה ידוע כמו סיכה קשר. באמצעות הלחמה ידיים מושטות לעזרה, להשעות בשני חלקי ה-pin קשר אופקית.
    2. הפעל את המלחם. כאשר מחממים עד בערך 330-350 ° C, לגעת הברזל באזור החיבור בין ה-pin פוגו בגביע הלחמה.
    3. תוך עדיין נגיעה בברזל לאזור, הקש הלחמה באזור החיבור. אם זה יש מחומם מספיק, הלחמה יתמוססו. ודא יש שכבה דקה של הלחמה המכסים את שטח בין שני חלקי כל הדרך סביב החלק החיצוני של ה-pin קשר. ודא הלחמה חלקה עם אין בליטות. ראה איור 6b.
    4. החלק ה-pin קשר לתוך 1 של החורים בחלקו התחתון של התא התחתון. החלק ה-pin קשר אז זה 2.2 ס"מ של הסוף גביע הלחמה בולטת מהחלק התחתון של התא התחתון.
      הערה: בגביע הלחמה צריך לשרבב התחתון של התא התחתון בזמן ה-pin פוגו צריך להיות כלפי החלק הפנימי של התא התחתון.
    5. סותמים, לכסות את האזור שבו ה-pin קשר הוכנס לתוך הפלסטיק באפוקסי בלחץ נמוך מתאים ליישומי ואקום. על פיסת נייר, השתמש מקל ארטיק לערבב 2-חלק שרף עם 1-חלק במינראליים להופעת לתערובת אחידה.
    6. בעזרת קיסם, להחיל את אפוקסי סביב הקשר pin חור כדי לשלול את האפשרות של חדירת אוויר. לאפשר 1-2 h עבור שרף להקשיח ב 25 º C. לריפוי מלא, לאפשר את אפוקסי לנוח במשך 24 שעות ביממה ב 25 º C. ודא כי הגדרת שרף לבן ומוצק בעת לחיצה.
      התראה: במינראליים אפוקסי שרף אפוקסי לגרום לכוויות וגירוי של העיניים והעור. אפוקסי עלול לגרום של עור אלרגית או תגובה בדרכי הנשימה. הוא עלול לגרום לגירוי דרכי הנשימה. זה יכול להיות מזיק אם נבלע או נספג דרך העור. להבטיח אוורור נאותים, הימנע מכל מגע עם העור ובגדים. לא לנשום את האדים. לענוד הגנה העין וכפפות בעת טיפול אפוקסי.
    7. חזור על שלבים 3.2.1 - 3.2.6 כדי להוסיף את המספר הנכון של סיכות קשר בתחתית המצודה כדי למלא את החורים.
  2. מניחים בתחתית שהורכב המצודה סביבה הכפפות ולהשאיר את זה לפחות 24 שעות.
    הערה: זה כדי לאפשר לחות נספג על ידי הלשכה כדי להימלט מן החומר.

figure-protocol-6
איור 6: תא התחתונה מלאה, התאספו. () לוח זה מציג תא תחתון שהורכב עבור תצורת הבדיקה IV 4 פיקסלים עם הפינים קשר שבו משתמש מתאים ליישומי ואקום בלחץ נמוך אפוקסי. O-ring (KF50) חום-מרכוז אטם טבעת משמשת כדי להבטיח התאמה הדוקה עם התא העליון. (b) לוח זה מראה את סיכת גביע ו פוגו הלחמה לאחר הלחמה. (ג) לוח זה מציג תקריב של אפוקסי קבע, מציג את הישיבה הנכונה של ה-pin קשר החורים קאמרית התחתון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

4. ההרכבה הסופית

הערה: הרכבה זו היא להיעשות בתוך סביבה הכפפות לאחר שהורכבו העליון והן בתחתית המצודה היו בתוך הכפפות עבור ≥ 24 שעות ביממה.

  1. צרף אטם KF50-מרכוז בתחתית המצודה, כפי שמוצג באיור 6.
  2. למקם את התא העליון בתחתית המצודה, עם הצד חלקה של התא העליון כלפי מעלה, יישר את החריצים על שני החלקים קאמרית כדי להבטיח מגע נאות עם המכשיר אורגני. לקבלת תצוגה מורחבת של כל החדר, ראה איור 1 .
  3. אבטח את החלקים קאמרית 2 יחד באמצעות את המלחציים KF50.
    1. לפרום את כשההוכחה על המלחציים ולמקם את המלחציים סביב קצה משולב בתחתית המצודה של התא העליון.
    2. באמצעות את שיבוץ של איור 7 . ייצוג ברור, סובב את כשההוכחה הכי רחוק שאפשר כדי להדק את הברק, ולהבטיח חותם צר סביב תאי-החצי 2. השאר תא שהושלמו בתא הכפפות עד התוכנה נקבעה כשלב מפורט ב 5.

figure-protocol-7
איור 7: חדר התאספו, מלאה מבחן. () לוח זה מראה חדר הבדיקה שהרכבתם 4 פיקסל הרביעי עם מלחציים KF50 יצוק המבטיח התאמה. הדוקה בין התחתון העליון קאמרית. שיבוץ מציג זווית נוספת של המלחציים KF50 סגור התנוחה אטימות מירבית. (b) לוח זה מציג את הרכבה של התא העליון 4 פיקסל עם הטבעת הסגירה (שים לב כי o-ring כבר נטענה בבית הבליעה העליון). תצורות אחרות קאמרית הם התאספו באותה דרך. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

5. התנהגות מדידות הרביעי של הפיקסלים הבודדים על המכשיר

הערה: סעיף זה מפרט את ההליך נעשה שימוש כדי ליצור את הנתונים המוצגים נציג תוצאות. יחידת מדידה מקור (דל) ומועצת המנהלים מבחן כוח ההכנסה אפס (זיף) נעשה שימוש מפורטים בטבלה של חומרים. עם זאת, ניתן להשתמש בכל אחת מהשיטות של לשכת קשר דל לאיסוף נתונים זרם-מתח. כל השלבים המדידה הרביעי נערכו על מכונת Windows. "פיקסלים" מתייחס דיודה בודדת על המכשיר אורגני.

  1. להוריד ולהתקין את ה-IDE פיתון שסופקו.
  2. חבר כבל BNC מערוץ 1 דל ממוקם על דל ללוח מבחן זיף.
  3. לחבר את ספק הכוח דל וחבר אותו המחשב באמצעות כבל USB 2.0.
  4. לזהות הזיהוי יציאה טורית/יציאת COM הנכון שמתאים דל מחובר.
    1. עבור התקני Windows, בדוק באיזו יציאת COM מקביל דל מחובר ' מנהל ההתקנים '. שימו מספר ה-COM.
  5. פתח את קובץ ה-script פייתון BasicIV.py .
  6. הדבק ביציאת ה-COM (Windows) בשורה המצוין של קוד ב- BasicIV.py כפי שניתן לראות באיור8.
    הערה: כברירת מחדל, התוכנית יהיה הפלט נתונים בספריית העבודה הנוכחית.

figure-protocol-8
איור 8: מדד הרביעי פייתון. זהו צילום מסך של התסריט פייתון BasicIV.py עם יציאת COM במיקום המצוין. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. -דל, לעבור הבורר טווח שכותרתו "2" הממוקמים על יד תעלת דל 1 למצב ON . ראה איור 9b.
  2. הסר את התא שהרכבתם הסביבה הכפפות.
  3. לגשר את הקשר בין הפינים קשר את הלוח מבחן לזיף בעזרת שיטת הבחירה (ראה איור 9).
    הערה: עבור התקנה זו, מתאם מותאם אישית היה עשוי לגשר את הקשר בין הפינים קשר לוח הבדיקה לזיף בעת הפעלת הרביעי מדידות. שיטה זו עשויה להשתנות, כל עוד החיבורים מספיקים ולהוסיף ההתנגדות זניח.
  4. לעבור את הסיכה קטודית הקרקע ואת הקוד אנודת כדי BNC של פיקסל אחד בלבד בכל פעם, המבטיח את השאר מוחלפות OFF.
  5. הפעל את BasicIV.py.
    הערה: כאשר המדידה הושלם, קבצים של תוצאות ומגרש של V0לעומת אני0 יופק נתיב הקובץ שנבחרו קודם לכן.
  6. חזור על שלבים 5.10 ו 5.11 לכל פיקסל במכשיר שימוש בבוררים פיקסל המוצג באיור 9 כדי למדוד את העירוי לכל פיקסל.

figure-protocol-9
איור 9: הגדרת המדידה הרביעי. () לוח זה מראה תא שהרכבתם מחובר להוספת אפס כוח (זיף) מבחן לוח ומקור יחידת המידה (דל) לבדיקת מדידה IV. (b) לוח זה מראה את המתג טווח "2" מוגדר במצב ON כראוי מחבר את המכשיר דל למדידה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

6. מרכיבים את התא לבדיקה WVTR

  1. להוסיף חיישן לחות פנימית לתא הניסוי WVTR לקביעת את WVTR.
    1. הלחמה 3 חוטים החיישן לחות פנימית, כפי שמוצג באיור 10 ג: 5 V (אדום), הקרקע (ירוק), ונתונים (צהוב). ודא שהם אורך מספיק (כ 15 ס מ).
    2. להאכיל לחות פנימית חיישן החוטים דרך החורים בתחתית WVTR מבחן בתחתית המצודה.
    3. בעזרת קיסם, להחיל אפוקסי בלחץ נמוך סביב חוטי החשמל בתוך ומחוץ לתא התחתון גם כמו מקומות פנויים. על פיסת נייר, השתמש מקל ארטיק לערבב 2-חלק שרף עם 1-חלק במינראליים להופעת לתערובת אחידה.
    4. להחיל את אפוקסי סביב החוט לחור כדי לשלול את האפשרות של חדירת אוויר. לאפשר 1-2 h עבור שרף להקשיח ב 25 º C. לריפוי מלא, לאפשר את אפוקסי לנוח במשך 24 שעות ביממה ב 25 º C. ודא כי הגדרת שרף לבן ומוצק בעת לחיצה.
      התראה: במינראליים אפוקסי שרף אפוקסי לגרום לכוויות וגירוי של העיניים והעור. אפוקסי עלול לגרום של עור אלרגית או תגובה בדרכי הנשימה. הוא עלול לגרום לגירוי דרכי הנשימה. זה יכול להיות מזיק אם נבלע או נספג דרך העור. להבטיח אוורור נאותים, הימנע מכל מגע עם העור ובגדים. לא לנשום את האדים. לענוד הגנה העין וכפפות בעת טיפול אפוקסי.
  2. חזור על שלב 2 כדי להרכיב התא העליון, החלפת המכשיר עם חתיכת זכוכית באותו גודל ובאותו עובי כמו המכשיר להיות תוחמת התא.
    הערה: אם כבר מורכב התא העליון, אז זה יכול לשמש למטרה זו. מאז המכשיר לא נמדדים, כדי לחקות את התנאים של התקן, חתיכת זכוכית משמש כדי לאטום הפתיחה אופטי של התא העליון.
  3. להשאיר את מבחן בתחתית המצודה התאספו בחדר העליון, טבעת מרכוז-KF50 unassembled חמצן- / ללא לחות הסביבה (הכפפות) במשך 24 שעות להבטיח תנאי ראשוני של 0% לחות יחסית פנימי.
  4. חזור על שלב 4 להרכיב באופן מלא תא נבנה כדי למדוד את WVTR בתוך בתא הכפפות, כפי שמוצג באיור 10a.

figure-protocol-10
איור 10: הלחות בדיקות ההתקנה. () לוח זה מראה WVTR לחלוטין שהורכב מבחן קאמרית שמחוברת פנימיים וחיצוניים DHT22 סנסורי לחות באמצעות מגשר בממרח מיקרו-בקר. (b) לוח זה מראה את חיישן לחות DHT22 בתוך החדר התחתון מבחן WVTR. שים לב החוטים מוזנים דרך בתחתית המצודה, מתקיימים במקום עם אפוקסי בלחץ נמוך. (ג) לוח זה מראה סכימטי של חיישן לחות פנימיים וחיצוניים DHT22 ואת מיקרו-בקר לוח חיווט תרשים באמצעות קרש חיתוך ללחם יחיד (למען הנוחות). החיישן מחובר הפינים מיקרו-בקר "5 V" (אדום) ו- "GND" (ירוק) כדי לספק כוח החיישן. הפלט נתונים מהחיישן (צהוב) מתחבר הפינים "דיגיטלית" [2 עבור החיישן (INT) פנימי] ו- 4 עבור החיישן (EXT) חיצוני עם הנגד 10 kΩ. שיבוץ מציגה חיישן DTH22 עם החיווט ה-pin הנכון: 5V (אדום), הקרקע (ירוק), ונתונים (צהוב). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

7. לקיים מידה לחות כדי לקבוע את WVTR

  1. הורד תוכנת הלוח מיקרו ופיתון כל 2.7.12 IDE במחשב תואם.
  2. פתח קובץ פייתון Run_WVTR_Test.py.
  3. חברו מיקרו-בקר ל המחשב באמצעות כבל USB A-B.
  4. התקנת הספרייה כדי לאפשר את הפלט של הנתונים לגיליון אלקטרוני.
  5. חזור על שלב 5.4 כדי לקבוע את מספר COM מיקרו מחוברים. העתק והדבק זה הקוד פיתון כמוצג באיור 11 א.
  6. לזהות את נתיב הקובץ הרצוי עבור גליונות אלקטרוניים נתונים גולמיים, הזן אותה לתוך הקוד פיתון כמוצג באיור 11 א.
  7. פתח את הקובץ מיקרו-בקר ARDUINO_HUMIDITY_TESTS.ino.
  8. תחת הכרטיסיה כלים , בחר מיקרו המתאים את הלוח. תחת הכרטיסיה כלים שוב, בחר את היציאה כפי שנקבע בשלב 7.5.
  9. לאמת ולהעלות את הקוד מיקרו-בקר מיקרו-בקר בלחיצה על הסמל בפינה העליונה השמאלית של החלון כפי שניתן לראות להבין 11b.
  10. תיל המעגל, כפי שמוצג באיור 10 ג; לחבר את 5 V (אדום), קרקע (שחור), אות חוטים (צהוב) של החיישן לחות (EXT) חיצוני למקומות שלהם. להשמיט את חיישן פנימי (INT) עד שלב 7.12 לפקדים מאז הוא ממוקם בבית הבליעה שהושלמו, כפי שמוצג איור 10 ב'.
  11. הסר את התא התאספו בתא הכפפות.
  12. תיל מיד את חיישן פנימי בתא ללוח מיקרו-בקר, כפי שמוצג באיור 10 ג.
  13. להריץ את הסקריפט פיתון ופעל לפי ההנחיות שיופיעו בתוך הקליפה פיתון.
    1. הקלד החומר של התא.
    2. הקלד משך הזמן בשעות. סוגר את המספר עם מקף תחתון. לדוגמה, אם 6-אייץ ' היא הרצויה, לאחר מכן הקלד "_6_".
      הערה: הבדיקה צריך להתחיל וליצור. xlsx קבצים במיקום הנתיב שצוין שבמקטע ה-script השלמת הבדיקה. אל תאפשר את החיישנים. כדי לנתק ההתקנה. יש להפעיל מחדש את הבדיקה אם זה יקרה. הקוד מיקרו-בקר עבור המידה WVTR מקורי לתוכנית ברירת המחדל שסופקו על-ידי הספק. הקוד פיתון שמפעיל את המדידה הרביעי הותאם מהקוד המסופקים על ידי היצרן של הלוח מבחן זיף.

figure-protocol-11
איור 11: תצלום מסך קצב שידור של אדי מים- אלה מראות () צילום מסך של התסריט פייתון Run_WVTR_Test.py עם (b) המיקום יציאת COM המצוין. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

מדידות מתח זרם:

החדר הזה נועד לאפשר בדיקה של התקן דיודה אוויר רגיש, כגון של תאים סולאריים אורגניים או פרוביסקיט או של דיודה פולטת אור. הוא יכול להתנהג כמו של כימוס הניתן לשימוש חוזר, זמני או שיטה של החדרת מזהמים לבצע בדיקה מבוקרת השפלה. העקומות צפיפות זרם-מתח (JV) המוצגת כאן נמדדו באמצעות לוח הבדיקה לזיף המצורפת של דל תחת כהה (קרי, אין תאורה) ותנאי מואר כדי לחלץ מאפיינים בסיסיים דיודה. על-ידי חיבור הפינ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

השלבים הקריטיים לשחזר את הניסוי הזה כוללים ההדפסה של התאים כדי למנוע סדקים, פערים או מאפיינים במילוי המסכן אשר יכול להפחית את WVTR, איטום החדר כדי למנוע חדירת כלשהו של לחות וחמצן על ידי הידוק את המלחציים KF50 כדי להשיג על אטימה מלאה בין התאים העליונים והתחתונים, שימוש של ואקום-מדורג אפוקסי בלחץ נמוך סביב הפינים קשר או כל feedthroughs כדי למנוע את כל דולף ויצירת חותם בין הדגימה את התא העליון באמצעות מיקום o-ring נכונה, לחץ עם הברגים הידוק על הטבעת הסגירה כדי למנוע דליפה כלשהי בלי פיצוח המדגם. O-ring צריכה להתאים לחלוטין ל...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים אין לחשוף.

תודות

המחברים מכיר פיטר Jonosson, מרכז המדיה החדש ליונס עבור הדפסה תלת-ממדית של התאים. מחקר זה נתמך על ידי 436100-2013 RGPIN, ER15-11-123, מקמאסטר דין של הנדסה לתואר ראשון הקיץ מחקר המצוינות התוכנית הזדמנויות מחקר לתואר ראשון.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מדפסת תלת מימד שולחנית אוריון דלתא RTPSeeMeCNC87999<חזק>ידוע בדוח בשם: מדפסת תלת מימד
1.75 מ"מ נימה PLASeeMeCNC50241<חזק>ידוע בדוח בשם: PLA
Somos® WaterShed XC 11122 chamberSomosהודפס ב- Custom Prototypes, טורונטו.https://www.dsm.com/products/somos/en_US/products/offerings-somos-water-shed.html
ידוע בדוח בשם: פולימר עמיד במים
CURACURAhttps://ultimaker.com/en/products/cura-software
ידוע בדוח בשם: תוכנת חיתוך
ברזל הלחמה עם 600° טיפF WellerWTCPT
Xtralien X100 יחידת מדידת מקורOssilaE561<חזק>ידוע בדוח בשם:
לוח בדיקה SMU ZIF למצעי אנודה מפוקסליםOssilaE221ידוע בדוח בשם: אפס כוח כניסה/לוח בדיקה ZIF;
כבל
גנרי USB A - B
גנרי USB A - Micro
#12 מקור טבעתO לא ידוע
<חזק>ידוע בדוח בשם: טבעת O
116 בוטיל O-Ringמוצרי גומי גלובליים116 VI70נקנה בחנות
ידוע בדוח בשם: טבעת שמירה O-טבעת
מקמאסטרNAמודפס בתלת מימד בבית
תא תחתוןמקמאסטרNAמודפס בתלת מימד בבית
תא עליוןמקמאסטרNAמודפס בתלת מימד בבית
KF50 מהדק יצוק (אלומיניום)קורט ג'יי לסקרQF50-200-C
טבעת מרכוז KF50 (אלומיניום)קורט ג'יי לסקרQF50-200-BRB
Sn60 / Pb40 הלחמהMG כימיקלים4895-2270
# 4-40 x 3/16 "מכונה בורגחנות לחומרי בניין
# 4-40 IntThrd פליז מתחדד SingleVane הכנס עבור 11125984 תרמופלסטימהדקדורש להיות מזוהה עם חברה / אוניברסיטה
ידוע בדוח בשם: < / חזק> # 4-40 פליז הברגה
מחודדתVarian Torr Seal ציוד ואקום אפוקסי ואקום גבוהקנדה בע"מ<חזק>ידוע בדוח בשם: אפוקסי בלחץ נמוך
Smiths Interconnect/IDI בדיקות מגע HEAD RADIUSMouser Electornics818-S-100-D-3.5-Gידוע בדוח בשם: סיכת פוגו
Smiths Interconnect/IDI Contact Probes שקע הלחמהעכבר Electornics818-R-100-SCstrong>ידוע בדוח בשם:
הלחמה1/4 אינץ' טפלוןצינורות חנות חומרה
טפלון קלטתחנות לחומרי בניין
1/4 אינץ' צינור x 1/8 אינץ' זכר NPT ניקל מצופה פליז מחבר דחיפה לחיבור442064לא אותם אלה ששימשו למחקר זה, אך הם שווי ערך מבחינה פונקציונלית
ידוע בדוח בשם: < / חזק> מחבר פנאומטי דחיפה לחיבור
1/8 אינץ' ברז NPT ומפתח ברגיםחנות לחומרי בניין
1/4 אינץ' שפופרת שסתומים בדחיפה-לחיבור בהפעלה ידניתFluidline7910-56-00<חזק>ידוע בדוח בתור: שסתומי דחיפה-לחיבור המופעלים ידנית
חיישן לחות Adafruit DHT22 (קטן)Digi-Key385<חזק>ידוע בדוח בשם: חיישן לחות פנימי
חיישן לחות Adafruit DHT22 (גדול)Digi-Keyידוע בדוח בשם: חיישן לחות חיצוני
Arduino UnoArduino
סביבת
10 kOhm נגד
Oscilla Xtralien Scientific Python IDEOscillahttps://www.ossila.com/pages/xtralien-scientific-python<> ידוע בדוח בשם: Python IDE
BNC<תא כפפות

מקורות

  1. Tremblay, J. -F. The rise of OLED displays. Chemical & Engineering News. 94 (28), 30-34 (2016).
  2. Kang, H., et al. Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells: Five Core Technologies for Their Commercialization. Advanced Materials. 28 (36), 7821-7861 (2016).
  3. Jacoby, M. The future of low-cost solar cells. Chemical & Engineering News. 94 (18), 30-35 (2016).
  4. Veldhuis, S. A., et al. Perovskite Materials for Light-Emitting Diodes and Lasers. Advanced Materials. 28 (32), 6804-6834 (2016).
  5. Park, N. -G. Perovskite solar cells: an emerging photovoltaic technology. Materials Today. 18 (2), 65-72 (2015).
  6. Turak, A. Interfacial degradation in organic optoelectronics. RSC Advances. 3 (18), 6188(2013).
  7. Scholz, S., Kondakov, D., Lüssem, B., Leo, K. Degradation Mechanisms and Reactions in Organic Light-Emitting Devices. Chemical Reviews. 115 (16), 8449-8503 (2015).
  8. Jørgensen, M., Norrman, K., Gevorgyan, S. A., Tromholt, T., Andreasen, B., Krebs, F. C. Stability of Polymer Solar Cells. Advanced Materials. 24 (5), 580-612 (2012).
  9. Habisreutinger, S. N., McMeekin, D. P., Snaith, H. J., Nicholas, R. J. Research Update: Strategies for improving the stability of perovskite solar cells. APL Materials. 4 (9), 091503(2016).
  10. Reese, M. O., Sigdel, A. K., Berry, J. J., Ginley, D. S., Shaheen, S. E. A simple miniature controlled-atmosphere chamber for optoelectronic characterizations. Solar Energy Materials and Solar Cells. 94 (7), 1254-1258 (2010).
  11. Gevorgyan, S. A., Jorgensen, M., Krebs, F. C. A setup for studying stability and degradation of polymer solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 92 (7), 736-745 (2008).
  12. Park, J. -S. S., Chae, H., Chung, H. K., Lee, S. I. Thin film encapsulation for flexible AM-OLED: a review. Semiconductor Science and Technology. 26 (3), 034001(2011).
  13. Ahmad, J., Bazaka, K., Anderson, L. J., White, R. D., Jacob, M. V. Materials and methods for encapsulation of OPV: A review. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 27, 104-117 (2013).
  14. Gevorgyan, S. A., et al. Round robin performance testing of organic photovoltaic devices. Renewable Energy. 63, 376-387 (2014).
  15. Osterwald, C. R., Hammond, R., Zerlaut, G., D'Aiello, R. Photovoltaic module certification and laboratory accreditation criteria development. Solar Energy Materials and Solar Cells. 41, 629-636 (1996).
  16. Turak, A., et al. Systematic analysis of processing parameters on the ordering and performance of working poly(3-hexyl-thiophene):[6,6]-phenyl C(61)-butyric acid methyl ester solar cells. Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2 (5), 53103(2010).
  17. Qi, B., Wang, J. Fill factor in organic solar cells. Physical Chemistry Chemical Physics. 15 (23), 8972-8982 (2013).
  18. Lu, N., Li, L., Sun, P., Liu, M. Short-circuit current model of organic solar cells. Chemical Physics Letters. 614, 27-30 (2014).
  19. Qi, B., Wang, J. Open-circuit voltage in organic solar cells. Journal of Materials Chemistry. 22 (46), 24315-24325 (2012).
  20. Xue, J., Uchida, S., Rand, B. P., Forrest, S. R. 4.2% efficient organic photovoltaic cells with low series resistances. Applied Physics Letters. 84 (16), 3013-3015 (2004).
  21. Hauch, J. A., Schilinsky, P., Choulis, S. A., Rajoelson, S., Brabec, C. J. The impact of water vapor transmission rate on the lifetime of flexible polymer solar cells. Applied Physics Letters. 93 (10), 103306(2008).
  22. Norrman, K., Madsen, M. V., Gevorgyan, S. A., Krebs, F. C. Degradation Patterns in Water and Oxygen of an Inverted Polymer Solar Cell. Journal of the American Chemical Society. 132 (47), 16883-16892 (2010).
  23. Dameron, A. A., Reese, M. O., Moriconie, T. J., Kempe, M. D. Understanding Moisture Ingress and Packaging Requirements for Photovoltaic Modules. Photovoltaics International. 5, 121-130 (2009).
  24. ASTM International. Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate of Sheet Materials Using Dynamic Relative Humidity Measurement. ASTM E398 - 13. , Available from: https://www.astm.org/Standards/E398 (2013).
  25. Basha, R. K., Konno, K., Kani, H., Water Kimura, T. Water Vapor Transmission Rate of Biomass Based Film Materials. Engineering in Agriculture, Environment and Food. 4 (2), 37-42 (2011).
  26. Kim, N., et al. A correlation study between barrier film performance and shelf lifetime of encapsulated organic solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 101, 140-146 (2012).
  27. Reese, M. O., et al. Pathways for the degradation of organic photovoltaic P3HT: PCBM based devices. Solar Energy Materials and Solar Cells. 92 (7), 746-752 (2008).
  28. Kempe, M. D., Reese, M. O., Dameron, A. A. Evaluation of the sensitivity limits of water vapor transmission rate measurements using electrical calcium test. Review of Scientific Instruments. 84 (2), 025109(2013).
  29. Reese, M. O., et al. Consensus stability testing protocols for organic photovoltaic materials and devices. Solar Energy Materials and Solar Cells. 95 (5), 1253-1267 (2011).
  30. Castro, F. Current landscape of standardisation efforts in organic and printed electronics 2015 - a VAMAS review. , National Physical Laboratory. Available from: https://www.researchgate.net/publication/278035615_Current_landscape_of_standardisation_efforts_in_organic_and_printed_electronics_2015_-_a_VAMAS_review (2015).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

Pogo
תא מודפס 3D עבור התקן מעגל אורגני השפלה בדיקות
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.