Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

שליטה משוכללת במדפסת הזרקת דיו לייצור סופר-קבלים מבוססי שבבים

Published: November 30, 2021 doi: 10.3791/63234
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1School of Chemical Engineering and Materials Science, Department of Intelligent Energy and Industry, Department of Advanced Materials Engineering, Chung-Ang University

Summary

נייר זה מספק טכניקה לייצור סופר-קבלים מבוססי שבבים באמצעות מדפסת הזרקת דיו. מתודולוגיות מתוארות בפירוט כדי לסנתז דיו, להתאים פרמטרי תוכנה, ולנתח את התוצאות האלקטרוכימיות של supercapacitor המיוצר.

Abstract

ישנם מאמצים כבירים בתחומים שונים ליישם את שיטת הדפסת הזרקת הדיו לייצור התקנים לבישים, צגים והתקני אחסון אנרגיה. כדי לקבל מוצרים באיכות גבוהה, עם זאת, כישורי פעולה מתוחכמים נדרשים בהתאם למאפיינים הפיזיים של חומרי הדיו. בהקשר זה, אופטימיזציה של הפרמטרים הדפסת הזרקת דיו חשובה כמו פיתוח המאפיינים הפיזיים של חומרי הדיו. במחקר זה, אופטימיזציה של הפרמטרים של תוכנת הדפסת הזרקת דיו מוצג לייצור supercapacitor. סופר-קבלים הם מערכות אטרקטיביות לאחסון אנרגיה בשל צפיפות ההספק הגבוהה שלהם, תוחלת החיים הארוכה והיישומים השונים כמקורות כוח. Supercapacitors ניתן להשתמש באינטרנט של דברים (IoT), טלפונים חכמים, מכשירים לבישים, כלי רכב חשמליים (EVs), מערכות אחסון אנרגיה גדולות, וכו '. המגוון הרחב של יישומים דורש שיטה חדשה שיכולה לייצר מכשירים בקנה מידה שונה. שיטת ההדפסה של הזרקת הדיו יכולה לפרוץ את שיטת הייצור הקונבנציונלית בגודל קבוע.

Introduction

בעשורים האחרונים פותחו שיטות הדפסה מרובות עבור יישומים שונים, כולל מכשירים לבישים1, תרופות2 ורכיבי תעופה וחלל3. ניתן להתאים את ההדפסה בקלות למכשירים שונים פשוט על ידי שינוי החומרים לשימוש. יתר על כן, הוא מונע בזבוז של חומרי גלם. כדי לייצר התקנים אלקטרוניים, פותחו מספר שיטות הדפסה כגון הדפסת מסך4, ציפוי דחיפה5 וליתוגרפיה6. בהשוואה לטכנולוגיות הדפסה אלה, לשיטת הדפסת הזרקת הדיו יש יתרונות רבים, כולל פסולת חומרים מופחתת, תאימות עם מצעים מרובים7, עלות נמוכה8, גמישות9, עיבוד בטמפרטורה נמוכה10 וקלות בייצור המוני11. עם זאת, היישום של שיטת ההדפסה הזרקת דיו בקושי הוצע עבור התקנים מתוחכמים מסוימים. כאן, אנו מציגים פרוטוקול הקובע קווים מנחים מפורטים לשימוש בשיטת הדפסת הזרקת הדיו להדפסת התקן supercapacitor.

סופר-קבלים, כולל פסאודו-קפלקטורים וקבלים אלקטרוכימיים דו-שכבתיים (EDLCs), מתגלים כהתקני אגירת אנרגיה שיכולים להשלים סוללות ליתיום-יון קונבנציונליות12,13. במיוחד, EDLC הוא התקן אגירת אנרגיה מבטיח בגלל העלות הנמוכה שלו, צפיפות הספק גבוהה וחיי מחזור ארוכים14. פחמן פעיל (AC), בעל שטח פנים ומוליכות ספציפיים גבוהים, משמש כחומר אלקטרודה ב- EDLCs מסחריים15. מאפיינים אלה של AC מאפשרים EDLCs יש קיבוליות אלקטרוכימית גבוהה16. ל- EDLCs יש את אמצעי האחסון הפסיבי בהתקנים כאשר נעשה שימוש בשיטת הייצור הרגילה בגודל קבוע. עם הדפסת הזרקת דיו, ניתן לשלב את ה- EDLCs באופן מלא בעיצוב המוצר. לכן, ההתקן שנוצר בשיטת ההדפסה של הזרקת הדיו טוב יותר מבחינה פונקציונלית מזו שהומצאה על ידי מתודולוגיות קיימות בגודל קבוע17. הייצור של EDLCs באמצעות שיטת ההדפסה היעילה של הזרקת דיו ממקסם את היציבות ואריכות הימים של EDLCs ומספק גורם צורה חופשית18. דפוסי ההדפסה תוכננו באמצעות תוכנית PCB CAD והוסבו לקבצי גרבר. התבניות המעוצבות הודפסו באמצעות מדפסת הזרקת דיו מכיוון שיש בה שליטה מדויקת התומכת בתוכנה, תפוקת חומרים גבוהה ויציבות הדפסה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. עיצוב תבנית באמצעות תוכנית CAD PCB

  1. הפעל את תוכנית CAD. לחץ על לחצן קובץ על גבי חלון התוכנית. כדי ליצור קובץ פרוייקט חדש, לחץ על הלחצנים חדש ופרוייקט.
  2. כדי ליצור את קובץ הלוח, לחץ על הלחצנים קובץ, חדש ולוח לפי הסדר. הגדר את ערכי גודל הרשת, הערכים המרובים והחלופיים על-ידי לחיצה על לחצן הרשת בצורת רשת שינוי בפינה הימנית העליונה של חלון קובץ הלוח שנוצר (או לחיצה על הצג ורשת לפי הסדר בחלק העליון של החלון).
  3. שנה הן את גודל הרשת והן את הערך החלופי ממ"מ לאינץ' כך שמדפסת הזרקת הדיו תוכל לקרוא את תבנית ה- CAD של PCB. לחץ על המשובח ביותר כדי לבצע התאמות עדינות.
  4. עצב את התבנית של שורת המלקט וה- EDLC הנוכחית בצורה משולבת. עצבו את תבנית האלקטרוליטים הפולימריים של הג'ל (GPE) ואת רפידות האספן הנוכחיות בצורה מלבנית (איור 1).
    הערה: רוחב תבנית: 43 מ"מ, גובה תבנית: 55 מ"מ, אורך קו: 40 מ"מ, רוחב קו: 1.0 מ"מ, מרחב קו לקו: 1.5 מ"מ, וגודל כרית: 15 x 5 מ"מ2.
    1. מכיוון שהתבנית הסופית מורכבת משלושה סוגים (קו מוליך, EDLC ו- GPE), הגדר את שלוש השכבות באופן הבא.
      1. לחץ על הגדרות תצוגה ושכבה לפי הסדר בחלק העליון של החלון. צרו שכבות חדשות על-ידי לחיצה על הלחצן 'שכבה חדשה' בפינה הימנית התחתונה של החלון 'שכבות גלויות'.
      2. בחלון החדש (שכבה חדשה), הגדר את השם והצבע עבור השכבה החדשה. להבחנה חזותית בין השכבות, הגדר/י את שמות שלוש השכבות לאספן הנוכחי, EDLC ו-GPE, ושנה את הצבעים המתאימים על-ידי לחיצה על התיבה שמימין לצבע.
    2. הקש קו בפינה הימנית התחתונה של המסך, לחץ על השדה הראשי (רקע שחור) וגרור כדי לצייר קו. כדי לשנות את עובי הקו, הזן את הערך של רוחב הממוקם במרכז העליון בקנה מידה אינץ '(1.0 מ"מ = 0.0393701 אינץ ').
    3. כדי לערוך את אורך השורה, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על הקו ולחץ על מאפיינים בתחתית. בשדות 'מאת' ו ', הזן את ערכי ה- x וה- y של נקודות ההתחלה והסיום.
    4. לקביעת נקודת ההתייחסות של דוגמת המילוי, קבעו את הפינה הימנית העליונה של דוגמת המילוי המוצגת באיור 1 עד (0,0). צייר את שאר התבנית בהתבסס על המידע לעיל.
    5. לקביעת דוגמת המילוי המצוירת לשכבה הרצויה, לחצו לחיצה ימנית על דוגמת המילוי ולחצו על 'מאפיינים'. לאחר מכן, לחצו על שכבה ובחרו בשכבה הרצויה.
    6. כדי לצייר תבניות מלבניות של משטח המלקט הנוכחי ו- GPE, הקש Rect בפינה השמאלית התחתונה של החלון הראשי. לחץ וגרור על המסך (השדה הראשי) שבו קיימת התבנית שצוירה בעבר.
    7. כדי לערוך, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על המשטח המלבני ולחץ על מאפיינים בתחתית. הזן את הערך השמאלי העליון (x,y) ואת הערך הימני התחתון (x,y) של המלבן בשדות 'מאת' ו ', בהתאמה. הגדר את המלבן לשכבה הרצויה כאמור בשלב 1.4.5.
  5. המר את קובץ CAD של התבנית המעוצבת לתבנית הקובץ Gerber הנקראת על-ידי מדפסת הזרקת הדיו.
    1. לפני המרת קובץ התבנית המעוצב, שמור את קובץ הלוח בתבנית .brd כדי לשמור, לחץ על קובץ ולאחר מכן על שמור (או הקש ctrl + S בלוח המקשים).
    2. לאחר השמירה, לחץ על קובץ בחלק העליון של החלון ולחץ על מעבד CAM. ליצירת קובץ Gerber של השכבה הרצויה, שנה את הפריטים תחת Gerber of Output Files בצד שמאל של החלון, באופן הבא.
    3. תחילה, מחק את רשימות המשנה כגון נחושת עליונה ונחושת תחתונה על-ידי הקשה על '-' להלן. לחץ על '+' ולחץ על פלט גרבר חדש כדי ליצור פלט גרבר.
    4. בצד ימין של המסך, הגדר את שם השכבה בתיבה שם ופונקציה לנחושת על-ידי הקשה על גלגל השיניים מימין. הגדר את סוג השכבה למעלה והגדר את מספר שכבת גרבר של המלקט הנוכחי, EDLC ו- GPE ל- L1, L2, L3, בהתאמה.
    5. בחלון 'שכבות' בתחתית קובץ Gerber, לחצו על 'עריכת שכבות' בפינה הימנית התחתונה ובחרו בכל שכבה רצויה.
    6. כדי להגדיר את שם קובץ הפלט שיש ליצור, הגדר את שם קובץ הפלט של Gerber בתחתית החלון כ- %PREFIX/%NAME.gbr.
    7. לבסוף, לחץ על שמור עבודה בפינה הימנית העליונה של החלון כדי לשמור את ההגדרות. לחץ על משימת תהליך בפינה השמאלית התחתונה כדי ליצור קובץ Gerber.

2. סינתזת דיו

הערה: דיו Ag גמיש משמש כדיו מוליך עבור קו האספן והרפידות הנוכחיים.

  1. הכן דיו EDLC באמצעות טרפינול, אתילצלולוז, פחמן פעיל (AC), סופר-P, פוליווינילידן דיפלואוריד (PVDF) וטריטון-X כדלקמן.
    1. השתמש 2,951 μL של טרפינול עם צמיגות גבוהה כמו ממס ו 1.56 גרם של אתיל תאית כמעבה. הגדר את היחס בין AC ל- Super-P ל- PVDF כ- 7:2:1 עם משקל כולל של 1.8478 גרם. בנוסף, השתמש 49 μL של טריטון-X כפעיל פעילי שטח לערבוב.
    2. מערבבים את כל החומרים במשך 30 דקות באמצעות מערבל פלנטרי. מניחים את חומר האלקטרודה המעורב היטב במחסנית עבור מדפסת הזרקת הדיו וצנטריפוגה ב 115 x g במשך 5 דקות.
  2. הכן דיו GPE באמצעות פרופילן קרבונט (PC), PVDF, ליתיום perchlorate (LiClO4) כדלקמן.
    1. השתמש במחשב כממס, PVDF כמטריצת הפולימר, ו- LiClO4 כמלח. שקול את כל הרכיבים של GPE כך ריכוז הטוחנת הסופי של LiClO4 הוא 1 M, ואת המשקל הסופי % של PVDF הוא 5 wt%.
    2. מערבבים את כל הרכיבים בטמפרטורה של 140 מעלות צלזיוס למשך שעה אחת עד לפירוק. לאחר ערבוב, מצננים את דיו GPE מספיק ומניחים אותו במחסנית הדיו.

3. הגדרת פרמטר של תוכנת מדפסת הזרקת דיו

  1. הפעל את תוכנית המדפסת. לחצו על כפתור 'הדפס ', בחרו 'פשוט' ובחרו 'דיו מוליך גמיש ' לפי הסדר כפי שמוצג באיור 2.
  2. העלו את קובץ Gerber של התבנית המעוצבת על-ידי ביצוע החץ הראשון באיור 3. בחרו ופתחו את קובץ Gerber של קו ההולכה (ראו 2 ו-3 חצים באיור 3). לחץ על לחצן הבא כפי שצוין על ידי חץ 4.
  3. תקן את לוח ה-PCB כפי שמוצג באיור 4A, והתקן את הגשושית כפי שמוצג באיור 4B.
  4. התאם את נקודת האפס של מדפסת PCB באמצעות הגשושית על-ידי לחיצה על לחצן Outline (ראו חץ אדום 1,4 באיור 5).
    הערה: הגשושית עוברת מעל לוח ה-PCB ומציגה את קווי המתאר של התבנית (ראו בפינה השמאלית התחתונה של איור 5).
  5. הזיזו את תמונת דוגמת המילוי על המסך על-ידי גרירה (ראו את החץ המקווקו הצהוב באיור 5). לחץ על כפתור חלוקה לרמות פעם נוספת כדי לבדוק אם הגשושית נעה בנתיב הרצוי. לחצו על NEXT (מצוין על ידי החץ 5 באיור 5).
  6. לחצו על PROBE כדי למדוד את גובה המצע לבדיקה אם המצע שטוח (איור 6).
    הערה: אזור הבדיקה במצע נבחר באופן אוטומטי על-ידי התוכנית המוכללת במדפסת.
  7. הסר את הבדיקה לאחר השלמת מדידת הגובה. הכנס את מחסנית הדיו למתקן הדיו וחבר את הזרבובית (קוטר פנימי: 230 מיקרומטר) כדי להכין את המתקן.
  8. טען כל מתקן דיו (קו מוליך, EDLC, GPE) והדפס תבנית לדוגמה על-ידי לחיצה על לחצן כיול , תוך התאמת הפרמטרים של כל דיו (איור 7).
  9. בדוק באופן חזותי את תוצאת ההדפסה ורשום את ערכי הפרמטרים עבור כל דיו. ראה תוצאות נציגות לקבלת פרטים.

4. הדפסת הקו המוליכה

הערה: מאז שלבים 4.1. ל-4.7. חופפים עם סעיף 3, הם מסוכמים רק לזמן קצר להלן.

  1. הפעילו את תוכנית מדפסת הזרקת הדיו ולחצו על 'הדפס ' בתפריט ההתחלה ובחרו 'פשוט' (איור 1).
  2. לחצו על הלחצן 'בחר קובץ ' לצד 'דיו' כדי לטעון את קובץ התבנית המעוצבת ולחצו על NEXT (איור 3).
  3. תקן את לוח ה- PCB במדפסת והתקן את הבדיקה (איור 4).
  4. בדקו את מיקום התבנית במצע ומדדו את גובה המצע (איור 5 ואיור 6).
  5. הסר את הגשוש ולאחר מכן התקן את מתקן הדיו מוליך (דיו Ag גמיש).
  6. שנה את פרמטרי התוכנה של דיו מוליך על-ידי לחיצה על לחצן הגדרות (ראה איור 7 וטבלה 1).
  7. הדפס תבנית לדוגמה כדי לבדוק אם ההגדרה משלב 4.6 מצליחה.
  8. מחק את תבנית ההדפסה לדוגמה עם מגבון ניקוי לח באתנול.
  9. הדפס את התבנית המעוצבת של הקו המוליך על-ידי לחיצה על לחצן START .
  10. לאחר ההדפסה, לרפא את הקו מוליך ב 180 °C (50 °F) במשך 30 דקות. לאחר מכן, למדוד את המשקל המשולב של המצע ואת הקו מוליך.

5. הדפסת קו ה- EDLC

  1. בחר באפשרות מיושר במסך ההתחלה של תוכנית המדפסת. טען את קובץ תבנית השורה של EDLC ולחץ על NEXT (ראה שלב 3.2).
  2. ודא שהמיקום של קו המוליך מזוהה באמצעות שתי נקודות יישור כדי ליישר את מיקומי התבנית של קו EDLC וקו ההולכה. לאחר מכן, עבור לנקודה אקראית ובדוק אם המיקום נכון.
  3. מדוד את הגובה הכולל של קו ההולכה כדי לבדוק את הגובה של זרבובית המתקן מעל קו המוליך על-ידי לחיצה על כפתור PROBE (ראו איור 6).
  4. שנה את ערכי פרמטרי התוכנה של צבעי דיו מסוג EDLC (איור 7 וטבלה 1).
  5. הדפס תבנית לדוגמה כדי לבדוק אם ערכי פרמטרי התוכנה מתאימים. מחק את תבנית ההדפסה לדוגמה עם מגבון ניקוי לח באתנול. הדפס את קו ה- EDLC על-ידי לחיצה על לחצן התחל .
  6. יבש את קו EDLC המודפס לילה בטמפרטורת החדר כדי לאדות את הממס.
  7. כדי לחשב את המשקל של קו ה- EDLC היבש, מדוד את המשקל המשולב של המצע, קו המוליך וקו ה- EDLC.

6. הדפסת תבנית GPE

  1. בחר באפשרות מיושר במסך ההתחלה של תוכנית המדפסת. טען את קובץ Gerber של תבנית GPE ולחץ על NEXT (ראה שלב 3.2).
  2. בדוק את נקודות היישור ועבור לכל נקודה כדי לבדוק אם המיקום נכון.
  3. מדוד את הגובה של קו EDLC כדי להגדיר את גובה ברירת המחדל עבור הזרבובית.
  4. שנה את ערכי פרמטרי התוכנה של צבעי GPE (איור 7 וטבלה 1).
  5. הדפס תבנית לדוגמה כדי לבדוק אם ערכי פרמטרי התוכנה מתאימים.
  6. מחק את תבנית ההדפסה לדוגמה עם מגבון ניקוי לח באתנול. הדפס את תבנית ה- GPE.
  7. כדי לקבל תהליך ייצוב ולאדות את הממס שיורית, לייבש את דפוס GPE בטמפרטורת החדר במשך 24 שעות.

7. בדיקה אלקטרוכימית

  1. בצע את המדידות האלקטרוכימיות עבור התקן הסופר-קבל המודפס בהזרקת דיו לאחר השלבים הבאים. הפעל את התקן potentiostat ולהפעיל את התוכנית כדי למדוד וולטמטריה מחזורית (CV), מטען / פריקה galvanostatic (GCD), ספקטרוסקופיה עכבה אלקטרוכימית (EIS).
    1. חבר את הפוטנציוסטאט להתקן הסופר-קבל שהודפס קודם לכן.
      הערה: ארבעה קווי חיבור משמשים potentiostat: אלקטרודה עובדת (WE), חיישן עבודה (WS), אלקטרודת מונה (CE), ואלקטרודה התייחסות (RE).
    2. חבר את קו ה- WS לקו WE ואת קו ה- RE לקו CE מכיוון שההתקן המפוברק הוא סופר-קבל סימטרי.
    3. חבר את קו WE\WS ואת קו CE\RE לרפידות האספנים הנוכחיות ההפוכות בהתקן supercapacitor.
  2. צור רצף של קורות חיים והפעל אותו כדי לקבל את התוצאה.
    1. הפעל את התוכנית כדי ליצור את קובץ הרצף.
    2. לחץ על לחצן רצף חדש .
    3. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את שלב 1.
    4. בדוק אם הפוטנציאל המוצג על ידי potentiostat הוא 0 V או לא. אם הפוטנציאל אינו 0 V, בצע כדלהלן.
      1. הגדר את הפקד כ- CONSTANT ועבור קביעת תצורה, הגדר את סוג כ- PSTAT, מצב כרגיל וטווח כאוטוטומטי. עבור מתח (V), הגדר שופט. כ- Eref, וערך כ- 0.
      2. עבור תנאי-1 של תנאי ניתוק, הגדר פריט כזמן שלב, OP כ>=, DeltaValue כ- 1:00 ועבור הבא בתור הבא בתור. להגדרת שונות, לחץ על לחצן דגימה והגדר את פריט כזמן, OP כ- >= ו- DeltaValue כ- 30.
    5. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את השלב הבא.
      1. הגדר פקד כטאטא ולתצורה, הגדר סוג כ- PSTAT, מצב כ- CYCLIC וטווח כאוטוטומטי. עבור ראשוני (V) ואמצעי (V), הגדר את Ref. כ- Eref, ערך כ- 0. עבור סופי (V), הגדר את Ref. כ- Eref וערך כ- 800.00e-3.
      2. השתמש בקצבי סריקת מתח של 5, 10, 20, 50 ו- 100 mV/s. לכן, בהתאם לכל קצב סריקה, הגדר את Scanrate (V/s) כ - 5.0000e-3, 10.000e-3, 20.000e-3, 50.000e-3 ו- 100.00e-3, בהתאמה.
      3. עבור כל קצבי הסריקה, הגדר זמנים שקטים כ- 0 ומקטעים כ- 21. עבור תנאי-1 של תנאי ניתוק, הגדר פריט כסוף שלב ועבור הבא בתור הבא בתור.
      4. עבור ההגדרה שונות, לחץ על לחצן דגימה והגדר פריט כזמן ו- OP כ>=. עבור כל קצב סריקה, הגדר את DeltaValue כ- 0.9375, 0.5, 0.25, 0.125 ו- 0.0625.
    6. לחץ על לחצן שמירה בשם כדי לשמור את קובץ הרצף של בדיקת קורות החיים.
    7. לחץ על החל על CH ולהפעיל את קובץ הרצף של בדיקת קורות החיים כדי לקבל את התוצאה.
  3. צור רצף של GCD ולהפעיל אותו כדי לקבל את התוצאה.
    1. הפעל את התוכנית כדי ליצור את קובץ הרצף.
    2. לחץ על לחצן רצף חדש .
    3. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את שלב 1.
    4. בדוק אם הפוטנציאל המוצג על ידי potentiostat הוא 0 V או לא. אם הפוטנציאל אינו 0 V, בצע כדלהלן.
      1. הגדר את הפקד כ- CONSTANT ועבור קביעת תצורה, הגדר את סוג כ- PSTAT, מצב כנורמלי וטווח כאוטוטומטי. עבור מתח (V), הגדר Ref. כ- Eref, ערך כ- 0.
      2. עבור תנאי-1 של תנאי ניתוק, הגדר פריט כזמן שלב, OP כ- >=, DeltaValue כ- 1:00 ועבור הבא בתור הבא בתור. עבור ההגדרה שונות, לחץ על לחצן דגימה והגדר פריט כזמן, OP כ- >=ו- DeltaValue כ- 30.
    5. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את השלב הבא (שלב טעינה).
      1. הגדר את הפקד כקבוע ועבור קביעת תצורה, הגדר סוג כ- GSTAT, מצב כרגיל וטווח כאוטוטומטי. עבור נוכחי (A), הגדר את השופט כ- ZERO.
      2. הצפיפות הנוכחית משתנה בין 0.01 A/g ל- 0.02 A/g. לכן, הגדר את ערך הזרם (A) עבור כל צפיפות נוכחית ל- 310.26e-6 ו- 620.52e-6.
      3. עבור תנאי-1 של תנאי ניתוק להגדיר פריט כמתח, OP כמו > =, DeltaValue כמו 800.00e-3, ו עבור הבא בתור הבא. עבור ההגדרה שונות, הגדר פריט כזמן, OP כ- >= ו - DeltaValue כ - 1.
    6. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את השלב הבא (שלב פריקה).
      הערה: שלב זה מוגדר זהה לשלב הטעינה.
      1. הגדר את ערך הזרם (A) עבור כל צפיפות נוכחית ל- -310.26e-6 ו- -620.52e-6.
      2. עבור תנאי-1 של תנאי חתוך להגדיר פריט כמתח, OP כמו < =, DeltaValue כמו 0.0000e+0 ו עבור הבא בתור הבא. עבור ההגדרה שונות, הגדר פריט כזמן, OP כ- >= ו- DeltaValue כ- 1.
    7. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את השלב הבא (שלב לולאה).
      1. הגדר את הפקד כ- LOOP ועבור קביעת התצורה הגדר סוג כמחזור ואיטראציה כ- 21.
      2. עבור תנאי-1 של תנאי ניתוק הגדר פריט ברשימה 1 בתור הלולאה הבאה. עבור כל צפיפות נוכחית, הגדר את Go Next כ - STEP-2 עבור 0.01 A/g ו - STEP-5 עבור 0.02 A/g.
    8. לחץ על לחצן שמירה בשם כדי לשמור את קובץ הרצף של בדיקת GCD.
    9. לחץ על החל על CH ולהפעיל את קובץ הרצף של בדיקת GCD כדי לקבל את התוצאה.
  4. צור רצף של EIS והפעל אותו כדי לקבל את התוצאה.
    1. הפעל את התוכנית שיכולה ליצור את קובץ הרצף.
    2. לחץ על לחצן רצף חדש .
    3. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את שלב 1.
      1. הגדר את הפקד כקבוע ועבור קביעת תצורה, הגדר סוג כ- PSTAT, מצב כעצירת שעון עצר וטווח כאוטומטי.
      2. כאשר חלון פוטנציאל ההפעלה במחקר זה מוגדר כ- 0.0 עד 0.8 V, עבור מתח, הגדר ערך ב - 400.00e-3, המהווה את הערך הממוצע של החלון הפוטנציאלי ההפעלה. הגדר שופט כארף.
    4. לחץ על לחצן הוסף כדי ליצור את השלב הבא.
      1. הגדר את הפקד כ- EIS ועבור קביעת תצורה, הגדר סוג כ- PSTAT, מצב כ- LOG וטווח כאוטוטומטי.
      2. הגדר את טווח התדרים כ- 0.1 הרץ עד 1 MHz. לכן, הגדר את ההתחלתי (הרץ) והאמצעי (הרץ) ל- 100.00e+6 ואת הגמר (הרץ) ל- 100.00e-3.
      3. כפי שצוין בסעיף 7.4.3.2, הגדר את ערך ההטיה (V) ל- 400.00e-3 והגדר את השופט לאריף.
      4. כדי לשמור על תגובה ליניארית, הגדר את המשרעת (Vrms) ל - 10.000e-3.
      5. הגדר את Density כ - 10 ואת איטרציה כ - 1 עבור ניסוי זה.
    5. לחץ על לחצן שמירה בשם כדי לשמור את קובץ הרצף של בדיקת GCD.
    6. לחץ על החל על CH ולהפעיל את קובץ הרצף של בדיקת EIS כדי לקבל את התוצאה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

הדיו היה מסונתז על פי שלב 2, ואת המאפיינים של הדיו ניתן לאשר על פי reference18. איור 8 מציג את התכונות המבניות של דיו מוליך ודיו EDLC, כמו גם את התכונות הריאולוגיות של דיו EDLC שדווחו במחקר הקודם18. הדיו מוליך הוא sintered היטב כדי ליצור נתיבי מוליך מתמשכים, ואת החספוס ננומטרי צפוי להגדיל את אזור המגע עם דיו EDLC (איור 8A,B). דיו EDLC מופץ באופן אחיד בקנה המידה המקרוסקופי אך יש לו צורת משטח מחוספסת מאוד על מיקרו וננומטרי, אשר עשוי לספק שטח פנים גבוה ומשפר את קיבולת אחסון האנרגיה. כל הרכיבים מפוזרים היטב ואין רכיבים גלויים שעלולים לגרום לסתימה במהלך ההדפסה (איור 8C-F). איור 8G מציג את התפתחות הזמן של הצמיגות הנראית לעין בדיו EDLC. ערך הצמיגות עולה עם זמן הגזירה ואינו מראה התנהגות ויסקולסטית; זה מצביע על התנהגות עיבוי גזירה ללא כל הרחבה מבנית הנגרמת על ידי מתח, מתיחה, או ארגון מחדש.

קבלן-על מודפס הושג בהצלחה באמצעות הפרוטוקול הנוכחי (איור 9B). איכות ההדפסה נחשבת לטובה אם לתבנית המודפסת יש פחות פגמים או ללא פגמים ( השוואת איור 9B עם 9A), חספוס משטח מינימלי ועובי אחיד. הפרמטרים העיקריים המשפיעים על איכות שיטת ההדפסה של הזרקת הדיו הם קצב ההזנה, בעיטה, אורך חיתוך, מרחק אנטי-מחרוזת, נקודת סט רולוגית ויחס התחלה/עצירה רך. במחקר זה, תוצאות ההדפסה של קו GPE ו- EDLC (או שכבה) הוערכו בהתבסס על תוצאות ההדפסה של הקו המוליך.

קצב ההזנה ומהירות הנסיעה של ציר XY במהלך ההפצה קובעים את זמן ההדפסה הכולל. יש להם גם השפעה משמעותית על עובי הקו ומניעת בעיות ניתוק. כל הקווים היו אחידים ללא ניתוק נראה לעין כאשר קצב ההזנה היה מינימלי (100 מ"מ/דקה) (איור 10A); עם זאת, לקח זמן רב להדפיס את המוצר. לעומת זאת, זמן ההדפסה הכולל ירד כאשר קצב ההזנה היה מרבי (600 מ"מ לדקה) (איור 10D); עם זאת, בהשוואה לתוצאות שהודפסו עם קצב הזנה של 500 מ"מ לדקה (איור 10C), הקו נותק או סדוק מכיוון שהמתקן נע במהירות. קצב הזנה של 300 מ"מ לדקה נמצא כאופטימלי לזמן הדפסה תקין ולמנוע היווצרות סדקים (איור 10B). בעיטה שולטת בלחץ המופעל באמצעות אורך השבץ של הבוכנה בתוך המתקן. כל הקווים נותקו כאשר הבעיטה הייתה נמוכה מדי (הערך המינימלי שווה ל- 0.1 מ"מ). עם זאת, הלחץ הגבוה בבעיטה גבוהה (הערך המרבי שווה ל -0.7 מ"מ) יצר צוואר בקבוק וכתוצאה מכך סתימת הזרבובית. לכן, יש צורך להשתמש בערך מתאים של בעיטה (0.35 מ"מ) כך שהקו לא יישבר, והזרבובית לא תיסעד (איור 11).

אורך חיתוך הוא המרחק המרבי שעבר עבור מחלק אחד ויש לו ערך הנע בין 1 מ"מ ל 9999 מ"מ. המדפסת מדפיסה בגסות ונמשכת זמן רב כאשר אורך החיתוך הוא 1 מ"מ. לכן, יש להתאים את אורך החיתוך בהתבסס על האורך הכולל של התבנית. בפרוטוקול זה, אורך החיתוך הוגדר כ-120 מ"מ (איור 12). מחרוזת יכולה להיווצר בסוף הזרבובית מכיוון שההידבקות של הדיו לזרבובית גבוהה יותר מהידבקות הדיו למצע בהתבסס על אנרגיית פני השטח של הדיו. המרחק נגד מיתרים מסייע בשבירת המיתרים בבטחה על ידי דחיפת הזרבובית לאחור (איור 13). נקודת הסט הריולוגית היא פרמטר שמפצה על קצב הזרימה כדי לשמור על הלחץ לאחר חלוקה. סכום החלוקה אינו גדל גם לאחר הדפסת תבנית כאשר נקודת הסט הריאולוגית היא בערך המינימלי שלה (0.0). עם זאת, כמות החלוקה וקצב הזרימה של הדיו גדלים כאשר נקודת הסט הריאולוגית היא בערך המרבי (1.0). יתר על כן, סתימה מתרחשת עקב אפקט צוואר הבקבוק כאשר נקודת הסט rheological הוא גבוה. לפיכך, יש להתאים את נקודת הסט הריולוגית בהתבסס על צמיגותו ודחיסתו של הדיו (איור 14).

יחס ההתחלה/עצירה הרך הוא פרמטר שמתאים את ההפרש בין הזמן שבו הבעיטה (לחץ) מתחילה לבין הזמן שבו קצב הזרימה מתייצב בהתבסס על מאפייני הדיו (איור 15). במהלך ניסוי בקרת הגדרת פרמטר התוכנה, קשה להבחין בווריאציה כלשהי בהדפסה עקב השינויים בשטח החולף וערך הגדרת החדירה למעקב. לכן, יש לתקן שני פרמטרים אלה בנפרד בהתבסס על התבנית המעוצבת. התוצאות של ניסוי בקרת ההתקנה הן כדלקמן: יש להתאים את המרווח בין המעברים, את חדירת המעקב ואת אורך החיתוך בהתבסס על התבנית שיש להדפיס. יתר על כן, קצב הזנה, מרחק אנטי מחרוזת, בעיטה, יחס התחלה /עצירה רך, ונקודת סט רולוגית צריך להיות מותאם בהתבסס על המאפיינים של הדיו. לכן, ערכי פרמטר התוכנה עבור צבעי דפוס שונים (דיו מוליך, דיו EDLC ודיו GPE) תוקנו כפי שמוצג בטבלה 1.

נתונים אלקטרוכימיים הושגו כמתואר בשלב 7 של הפרוטוקול. איור 16A, B,C מציגים את נתוני קורות החיים, GCD ו- EIS, בהתאמה. הנתונים המוצגים באיור 16א התקבלו באמצעות מדידת קורות החיים. הקיבוליות הכבידתית, הקיבוליות האראלית וקיבוליות התאים חושבו כ- 5.74 F/g, 142 mF/cm2 ו- 178 mF/cell, בהתאמה, עבור קצב סריקה של 5 mV/s. גרפי GCD (איור 16B) מדגימים צורת עקומה כמעט סימטרית, שהיא המאפיין האופייני של ה-EDLC. יתר על כן, גרף EIS (איור 16C) מדגים ערך Rs נמוך (5.29 Ω) וללא ערך Rct, האופייניים ל- EDLC.

Figure 1
איור 1: תבנית משולבת שתוכננה עם תוכנית CAD. שני הרפידות בחלק העליון של התבנית מודפסות רק בדיו אספן נוכחי. הריבוע הכחול-שמיים הגדול מודפס בדיו אלקטרוליט פולימר ג'ל, והקווים הכחולים מודפסים בדיו קו EDLC ודיו אספן נוכחי. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: תמונה של חלון תוכנית המדפסת. (א) המסך הראשון של התוכנית. החץ האדום מראה היכן נמצא לחצן הדפס. (ב) המסך השני של התוכנית. החץ האדום מראה היכן נמצא לחצן פשוט. (ג) המסך השלישי של התוכנית. החץ האדום מראה איזה דיו יש לבחור. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: צילום מסך המציג כיצד להעלות את קובץ גרבר של התבנית המעוצבת. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: צילום מסך המציג כיצד לתקן את לוח ה- PCB ולהרכיב את הגשושית. (A) תמונה בתצוגה העליונה של מדפסת הזרקת הדיו המחזיקה בלוח PCB. (ב) התמונה בתצוגה הקדמית של מדפסת הזרקת הדיו שבה מותקנת הגשושית. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: צילום מסך המראה כיצד לבדוק את תנועת הבדיקה כאשר מיקום התבנית משתנה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: צילום מסך המציג כיצד למדוד את גובה פני השטח. לאחר לחיצה על PROBE, הבדיקה הולכת לנקודה המצוינת על המצע (מסומן על ידי עיגולים), ולאחר מכן נע למטה ולמעלה כדי לבדוק את גובה המצע. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: צילום מסך המציג כיצד להתאים את פרמטרי התוכנה ולהדפיס את התבנית לדוגמה. (א) תמונת צילום מסך המציגה את ההליך להדפסת תבנית לדוגמה. החץ האדום מציין את הלחצן כדי להדפיס את דוגמת המילוי והחץ הצהוב מציין את הלחצן כדי לשלוט בפרמטרי התוכנה עבור צבעי הדיו. (ב) חלון המופיע בעת לחיצה על החץ הצהוב המוצג ב- (A). ניתן לשנות פרמטרי תוכנה על-ידי שינוי הערכים המצוינים על-ידי החץ 1. הקש על החץ 2 כדי לשמור את השינויים בפרמטרי התוכנה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: תמונת SEM של צבעי הדיו והשכבות המודפסות, וצמיגות דיו של EDLC. (א,ב) תמונות SEM בתצוגה העליונה של המלקט הנוכחי בהגדלה נמוכה (A) ובהגדלה גבוהה (B). (C) תמונת SEM עם תצוגה צדדית מוטה של סרט השכבה הפעילה המודפס של EDLC. (ד-פ) תמונות SEM בתצוגה העליונה של השכבה הפעילה של EDLC עם הגדלות שונות. (G) צמיגות לכאורה של דיו EDLC לעומת זמן הטיה לניסוי קבוע של קצב הטיה של 0.3 s-1. הותאם באישור מהפניה18. זכויות יוצרים (2020) האגודה האמריקנית לכימיקלים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 9
איור 9: צילום התוצאות המודפסות. (א) הדפסת תמונת כשל; החלק העיגול האדום מודפס באופן לא אחיד עקב כשל בהדפסה. (ב) צילום המוצר המודפס הסופי. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 10
איור 10: הדפסת תוצאות המתאימות לשינוי בקצב ההזנה. (A) 100 מ"מ/דקה, (B) 300 מ"מ/דקה, (C) 500 מ"מ/דקה, ו-(D) 600 מ"מ/דקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 11
איור 11: תוצאות הדפסה התואמות לשינויים בבעיטה. (A) 0.1 מ"מ, (B) 0.2 מ"מ, (C) 0.35 מ"מ ו- (D) 0.7 מ"מ. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 12
איור 12: תוצאות ההדפסה המתאימות לשינויים באורך החיתוך. (A) 1.0 מ"מ ו- (B) 50 מ"מ. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 13
איור 13: התמונות המציגות כיצד המתקן נע על-ידי התאמת הפרמטר של מרחק אנטי-מחרוזת. (A) תנועה של הזרבובית כאשר ערך המרחק נגד מיתרים קבוע בערך המרבי (5.0 מ"מ). (ב) צילום של מיתרים. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 14
איור 14: תוצאות הדפסה המתאימות לשינוי בשינוי נקודת הסט הריולוגית. (A) 0 ו- (B) 1.0. עיגולים אדומים ב- (B) מציגים את הסדקים (או החורים) הנגרמים על ידי אפקט הסתימה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 15
איור 15: תוצאות הדפסה התואמות לשינוי ביחס ההתחלה/עצירה הרכה. הסיבוב בכיוון השעון של ה- sawtooth (חץ אדום) מציין את תחילת ההדפסה. (א) ערך מרבי של התחלה רכה וערך מינימלי של עצירה רכה, כמו גם (ב) ערך מינימלי של התחלה רכה וערך מרבי של עצירה רכה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 16
איור 16: תוצאות הבדיקה האלקטרוכימית של הגרפים המודפסים של סופר-קבל. (A) CV, (B) GCD ו- (C) גרפי EIS. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

פרמטר דיו מוליך דיו EDLC דיו GPE
מרווח בין מעברים (מ"מ) 0.15 0.15 0.15
גובה חלוקה (מ"מ) 0.12 0.14 0.16
הזנה (מ"מ/דקה) 500 300 300
אורך חיתוך (מ"מ) 120 120 120
חדירת עקבות (מ"מ) 0.15 0.15 0.15
מרחק נגד מיתרים (מ"מ) 0.4 0.7 0.1
בעיטה (מ"מ) 0.35 0.3 0.4
יחס התחלה רך 0.1 0.8 0.8
יחס עצירה רך 0.15 0.1 0.15
נקודת תפאורה ריאולוגית 0.16 0.2 0.16

טבלה 1. פרמטרי התוכנה הממוטבים עבור דיו מוליך, דיו EDLC ודיו GPE.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

השלבים הקריטיים בפרוטוקול זה מעורבים בהגדרת פרמטר התוכנה כדי להדפיס את התבנית המעוצבת על-ידי התאמה עדינה של ערכי הפרמטרים. הדפסה מותאמת אישית יכולה להוביל לאופטימיזציה מבנית ולהשגת תכונות מכניות חדשות19. ניתן להשתמש בשיטת הדפסת הזרקת הדיו עם בקרת פרמטרי תוכנה להדפסה מתוחכמת בתעשיות שונות על-ידי בחירת החומר הממוטב לתהליך ההדפסה.

בייצור של supercapacitors באמצעות הדפסת הזרקת דיו, מאמר אחד דיווח כי עדיין יש גבול לפתח דפוס עם אחיד ורזולוציה גבוהה. דווח כי טמפרטורה גבוהה לאחר הטיפול עדיין הכרחי, ואת תהליך האופטימיזציה של החומר הוא הכרחי20. מאמר אחר דיווח כי כדי להשתמש בהדפסת הזרקת דיו כראוי, יש צורך להתאים את הצמיגות ואת מתח פני השטח בטווח צר יחסית התלוי במדפסת. לשם כך, הריכוז של החומר הפעיל של הדיו מוגבל. במקרים מסוימים, צוין כי הדפסים מרובים נחוצים להפקיד כמות מספקת של חומר21. בהתאם למגמה זו, פרוטוקול זה יכול לסייע לחוקרים ליישם דפוסים ברזולוציה גבוהה יותר על ידי מתן שיטות מדויקות לטיפול במדפסות הזרקת דיו. בנוסף, עם שליטה על בקרת תוכנה, אפשר לפשט את תהליך הייצור על ידי התאמת פרמטרי התוכנה כגון שיעור הזנה בעיטה מבלי להדפיס מספר פעמים כדי להפקיד מספיק חומר.

בקרת פרמטרי תוכנה להדפסה מדויקת יכולה להיעשות בהתאם לפרוטוקול המוצג. עם זאת, יש לטפל בצווארי בקבוק מסוימים כדי לשפר את ביצועי ההתקן בהתבסס על שיטת ההדפסה. בעיות שונות, כגון התפשטות דיו ואפקט סתימה, דורשות אופטימיזציה של מאפייני הדיו עצמו יחד עם התאמת ערכי פרמטרי תוכנה22. שני המאפיינים החיוניים ביותר של הדיו הם צמיגות ומתח פני השטח23. לכן, צמיגות24 ומתח פני השטח25 של הדיו חייב להיות נמדד ונשלט עבור האופטימיזציה שלה. כדי לשפר את הביצועים, חשוב גם להבין באופן מלא את המאפיינים של הדיו ולבחור חומרים עם יחסים מתאימים.

לסיכום, נקבע כאן פרוטוקול לשימוש בהדפסת הזרקת דיו להדפסת התקן סופר-נפקד. דיון בפרמטרי תוכנה השולטים במדפסת הזרקת הדיו סופק כאן כמדריך שימושי לטיפול ומיטוב של תהליכי הדפסה מתוחכמים. התקדמות נוספת בהדפסת התקנים לבישים לאחסון אנרגיה, חיישנים גמישים ותעשיית התעופה והחלל ניתן להשיג באמצעות אופטימיזציה של חומרי דיו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין גילויים.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי חברת החשמל של קוריאה (מספר מענק: R21XO01-24), תוכנית פיתוח הכשירות למומחי התעשייה של MOTIE הקוריאני המופעלת על ידי KIAT (לא. P0012453), ומלגת המחקר לתארים מתקדמים באוניברסיטת צ'ונג-אנג 2021.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2” x 3” FR­4 board Voltera SKU: 1000066 PCB substrate
Activated carbon MTI Np-Ag-0530HT
Eagle CAD Autodesk PCB CAD program
Ethyl cellulose Sigma Aldrich 46070 48.0-49.5% (w/w) ethoxyl basis
Flex 2 conductive ink Voltera SKU: 1000333 Flexible Ag ink
Lithium perchlorate Sigma Aldrich 634565
Propylene carbonate Sigma Aldrich 310328
PVDF Sigma Aldrich 182702 average Mw ~534,000 by GPC
Smart Manager ZIVE LAB ver : 6. 6. 8. 9 Electrochemical analysis program
Super-P Hyundai
Terpineol Sigma Aldrich 432628
Thinky mixer Thinky ARE-310 Planetary mixer
Triton-X Sigma Aldrich X100
V-One printer Voltera SKU: 1000329 PCB printer
ZIVE SP1 Wonatech Potentiostat device

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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. Handbook of Adhesives and Surface Preparation. Ebnesajjad, S. , William Andrew Publishing. 21-30 (2011).

Tags

הנדסה גיליון 177
שליטה משוכללת במדפסת הזרקת דיו לייצור סופר-קבלים מבוססי שבבים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Choi, S., Kang, J., Jang, S., Eom,… More

Choi, S., Kang, J., Jang, S., Eom, H., Kwon, O., Shin, J., Nam, I. Elaborate Control of Inkjet Printer for Fabrication of Chip-based Supercapacitors. J. Vis. Exp. (177), e63234, doi:10.3791/63234 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter