Artykuł metodologiczny

Zaawansowane sterowanie drukarką atramentową do produkcji superkondensatorów opartych na chipach

DOI:

10.3791/63234

⸱

30 listopada 2021

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Chemical Engineering and Materials Science, Department of Intelligent Energy and Industry, Department of Advanced Materials Engineering, Chung-Ang University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł przedstawia technikę produkcji superkondensatorów opartych na chipach za pomocą drukarki atramentowej. Szczegółowo opisano metodologie syntezy atramentów, dostosowywania parametrów oprogramowania i analizy wyników elektrochemicznych wyprodukowanego superkondensatora.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Podejmowane są ogromne wysiłki w różnych dziedzinach, aby zastosować metodę druku atramentowego do produkcji urządzeń do noszenia, wyświetlaczy i urządzeń do magazynowania energii. Aby jednak uzyskać produkty wysokiej jakości, wymagane są wyrafinowane umiejętności operacyjne w zależności od właściwości fizycznych materiałów atramentowych. W związku z tym optymalizacja parametrów druku atramentowego jest równie ważna, jak opracowanie właściwości fizycznych materiałów atramentowych. W niniejszej pracy przedstawiono optymalizację parametrów oprogramowania do druku atramentowego pod kątem wytwarzania superkondensatora. Superkondensatory są atrakcyjnymi systemami magazynowania energii ze względu na ich wysoką gęstość mocy, długą żywotność i różne zastosowania jako źródła zasilania. Superkondensatory mogą być stosowane w Internecie rzeczy (IoT), smartfonach, urządzeniach ubieralnych, pojazdach elektrycznych (EV), dużych systemach magazynowania energii itp. Szeroki zakres zastosowań wymaga nowej metody, która może wytwarzać urządzenia w różnych skalach. Metoda druku atramentowego może przełamać konwencjonalną metodę produkcji o stałym rozmiarze.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W ostatnich dziesięcioleciach opracowano wiele metod drukowania dla różnych zastosowań, w tym urządzeń do noszenia1, farmaceutyków2, oraz komponentów lotniczych3. Nadruk można łatwo dostosować do różnych urządzeń, po prostu zmieniając materiały, które mają być użyte. Ponadto zapobiega marnotrawstwu surowców. Do produkcji urządzeń elektronicznych opracowano kilka metod drukowania, takich jak sitodruk4, push-coating5 i litografia6. W porównaniu z tymi technologiami drukowania, metoda druku atramentowego ma wiele zalet, w tym zmniejszone straty materiału, kompatybilność z wieloma podłożami7, low cost8, elastyczność9, przetwarzanie w niskiej temperaturze10 oraz łatwość masowej produkcji11. Jednak zastosowanie metody druku atramentowego prawie nie zostało zasugerowane w przypadku niektórych wyrafinowanych urządzeń. W niniejszym artykule przedstawiamy protokół ustanawiający szczegółowe wytyczne dotyczące stosowania metody druku atramentowego do drukowania urządzenia superkondensatorowego.

Superkondensatory, w tym pseudokondensatory i elektrochemiczne kondensatory dwuwarstwowe (EDLC), pojawiają się jako urządzenia do magazynowania energii, które mogą uzupełniać konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe12,13. Szczególnie EDLC jest obiecującym urządzeniem do magazynowania energii ze względu na niski koszt, wysoką gęstość mocy i długi cykl życia14. Węgiel aktywny (AC), o dużej powierzchni właściwej i przewodności, jest używany jako materiał elektrody w komercyjnych EDLCs15. Te właściwości prądu przemiennego pozwalają EDLC mieć wysoką pojemność elektrochemiczną16. EDLC mają objętość pasywną w urządzeniach, gdy stosowana jest konwencjonalna metoda wytwarzania o stałym rozmiarze. Dzięki drukowi atramentowemu EDLC można w pełni zintegrować z projektem produktu. W związku z tym urządzenie wytworzone przy użyciu metody druku atramentowego jest funkcjonalnie lepsze niż to wytworzone przy użyciu istniejących metodologii o stałym rozmiarze17. Wytwarzanie EDLC przy użyciu wydajnej metody druku atramentowego maksymalizuje stabilność i długowieczność EDLC oraz zapewnia dowolny współczynnik kształtu18. Wzory drukarskie zostały zaprojektowane przy użyciu programu CAD do PCB i przekonwertowane do plików Gerber. Zaprojektowane wzory zostały wydrukowane przy użyciu drukarki atramentowej, ponieważ charakteryzuje się ona precyzyjnym sterowaniem za pomocą oprogramowania, wysoką przepustowością materiału i stabilnością drukowania.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Projektowanie wzoru za pomocą programu CAD do PCB

  1. Uruchom program CAD. Kliknij przycisk Plik u góry okna programu. Aby utworzyć nowy plik projektu, kliknij przyciski Nowy i Projekt.
  2. Aby wygenerować plik tablicy, kliknij kolejno przyciski Plik, Nowy i Tablica. Ustaw rozmiar siatki, wielokrotność i wartości alt, klikając przycisk siatki w kształcie siatki w lewym górnym rogu utworzonego okna pliku tablicy (lub klikając Widok i siatka w kolejności w górnej części okna).
  3. Zmień zarówno rozmiar siatki, jak i wartość alt z mm na cale, aby drukarka atramentowa mogła odczytać wzór CAD PCB. Naciśnij przycisk Najdrobniejszy, aby dokonać precyzyjnych korekt.
  4. Zaprojektuj wzór odbieraka prądu i linii EDLC w formie międzycyfrowej. Zaprojektuj wzór żelowo-polimerowego elektrolitu (GPE) i podkładki odbieraka prądu w formie prostokątnej (Rysunek 1).
    UWAGA: Szerokość wzoru: 43 mm, wysokość wzoru: 55 mm, długość linii: 40 mm, szerokość linii: 1,0 mm, odstęp między wierszami: 1,5 mm i rozmiar padu: 15 x 5 mm2.
    1. Ponieważ ostateczny wzór składa się z trzech typów (linia przewodząca, EDLC i GPE), ustaw trzy warstwy w następujący sposób.
      1. Kliknij Ustawienia widoku i warstwy w kolejności w górnej części okna. Utwórz nowe warstwy, klikając przycisk Nowa warstwa w lewym dolnym rogu okna Widoczne warstwy.
      2. W nowym oknie (Nowa warstwa) ustaw nazwę i kolor nowej warstwy. Aby wizualnie odróżnić warstwy, ustaw nazwy trzech warstw na Current Collector, EDLC i GPE, a następnie zmień odpowiednie kolory, klikając pole po prawej stronie opcji Kolor.
    2. Naciśnij Linia w lewym dolnym rogu ekranu, kliknij główne pole (czarne tło) i przeciągnij, aby narysować linię. Aby zmienić grubość linii, wprowadź wartość Szerokość znajdującą się w górnej środkowej części w skali calowej (1,0 mm = 0,0393701 cala).
    3. Aby edytować długość linii, kliknij ją prawym przyciskiem myszy i kliknij Właściwości na dole. W polach Od i Do wprowadź wartości x i y punktu początkowego i końcowego.
    4. Aby ustawić punkt odniesienia wzorca, ustaw lewy górny róg wzoru pokazanego w Rysunek 1 na (0,0). Narysuj resztę wzoru na podstawie powyższych informacji.
    5. Aby ustawić narysowany wzór na żądaną warstwę, kliknij wzór prawym przyciskiem myszy i kliknij Właściwości. Następnie kliknij Warstwa i wybierz żądaną warstwę.
    6. Aby narysować prostokątne wzory padu kolektora prądu i GPE, naciśnij Rect w lewym dolnym rogu okna głównego. Kliknij i przeciągnij po ekranie (polu głównym), na którym znajduje się wcześniej narysowany wzór.
    7. Aby edytować, kliknij prawym przyciskiem myszy prostokątną powierzchnię i kliknij Właściwości na dole. Wprowadź wartość w lewym górnym rogu (x,y) i w prawym dolnym rogu (x,y) prostokąta odpowiednio w polach Od i Do. Ustaw prostokąt na żądaną warstwę, jak wspomniano w kroku 1.4.5.
  5. Przekonwertuj plik CAD zaprojektowanego wzoru na format pliku Gerber, który jest odczytywany przez drukarkę atramentową.
    1. Przed konwersją zaprojektowanego pliku wzorca zapisz plik płytki w formacie .brd. Aby zapisać, kliknij Plik, a następnie Zapisz (lub naciśnij ctrl + S na klawiaturze).
    2. Po zapisaniu kliknij Plik w górnej części okna i kliknij Procesor CAM. Aby utworzyć plik Gerber z żądanej warstwy, zmodyfikuj elementy w obszarze Gerber plików wyjściowych po lewej stronie okna, w następujący sposób.
    3. Najpierw usuń podlisty, takie jak Górna miedź i Dolna miedź, naciskając "-" poniżej. Naciśnij "+" i kliknij Nowe wyjście Gerber, aby utworzyć wyjście Gerber.
    4. Po prawej stronie ekranu ustaw nazwę warstwy w Nazwa i funkcja na Miedź, naciskając koło zębate po prawej stronie. Ustaw Typ warstwy na Góra i ustaw numer warstwy Gerber kolektora prądu, EDLC i GPE odpowiednio na L1, L2, L3.
    5. W oknie Warstwy na dole pliku Gerber kliknij Edytuj warstwy w lewym dolnym rogu i wybierz każdą żądaną warstwę.
    6. Aby ustawić nazwę pliku wyjściowego, który ma zostać utworzony, ustaw nazwę pliku wyjściowego Gerber w dolnej części okna na %PREFIX/%NAME.gbr.
    7. Na koniec kliknij Zapisz zadanie w lewym górnym rogu okna, aby zapisać ustawienia. Kliknij Process Job w prawym dolnym rogu, aby utworzyć plik Gerber.

2. Synteza atramentu

UWAGA: Elastyczny atrament Ag jest używany jako tusz przewodzący dla linii kolektora prądu i padów.

  1. Przygotuj tusz EDLC przy użyciu terpineolu, etylocelulozy, węgla aktywnego (AC), Super-P, polifluorku winylidenu (PVDF) i Triton-X w następujący sposób.
    1. Jako rozpuszczalnik należy użyć 2,951 μl terpineolu o wysokiej lepkości i 1,56 g etylocelulozy jako zagęszczacza. Ustaw stosunek AC do Super-P do PVDF na 7:2:1 przy masie całkowitej 1.8478 g. Ponadto należy użyć 49 μl Triton-X jako środka powierzchniowo czynnego do mieszania.
    2. Mieszaj wszystkie materiały przez 30 minut za pomocą miksera planetarnego. Umieść dobrze wymieszany materiał elektrody we wkładzie do drukarki atramentowej i odwiruj go przy 115 x g przez 5 minut.
  2. Przygotuj atrament GPE przy użyciu węglanu propylenu (PC), PVDF i nadchloranu litu (LiClO4) w następujący sposób.
    1. Użyj PC jako rozpuszczalnika, PVDF jako matrycy polimerowej i LiClO4 jako soli. Zważyć wszystkie składniki GPE w taki sposób, aby końcowe stężenie molowe LiClO4 wynosiło 1 M, a końcowa % wagowa PVDF wynosiła 5 % wag.
    2. Mieszać wszystkie składniki w temperaturze 140 °C przez 1 godzinę aż do rozpuszczenia. Po wymieszaniu odpowiednio ostudź atrament GPE i umieść go we wkładzie atramentowym.

3. Ustawienie parametrów oprogramowania drukarki atramentowej

  1. Uruchom program drukarki. Kliknij przycisk Drukuj, wybierz opcję Prosty, a następnie wybierz opcję Elastyczny atrament przewodzący w kolejności, jak pokazano na rysunku Rysunek 2.
  2. Prześlij plik Gerber z zaprojektowanym wzorcem, podążając za strzałką 1 w Rysunek 3. Wybierz i otwórz plik Gerber linii przewodzącej (patrz 2 i 3 strzałki w Rysunek 3). Kliknij przycisk DALEJ, jak wskazuje strzałka 4.
  3. Zamocuj płytkę PCB, jak pokazano na Rysunek 4A, i zamontuj sondę, jak pokazano na Rysunek 4B.
  4. Dostosuj punkt zerowy drukarki PCB za pomocą sondy, klikając przycisk OUTLINE (patrz czerwona strzałka 1,4 w Rysunek 5).
    UWAGA: Sonda przesuwa się po płytce PCB, pokazując zarys wzoru (patrz prawy dolny róg Rysunek 5).
  5. Przesuń obraz wzoru na ekranie, przeciągając (patrz żółta przerywana strzałka w Rysunek 5). Kliknij jeszcze raz przycisk KONTUR, aby sprawdzić, czy sonda porusza się po żądanej ścieżce. Kliknij DALEJ (oznaczone strzałką 5 w Rysunek 5).
  6. Kliknij na SONDĘ, aby zmierzyć wysokość podłoża w celu sprawdzenia, czy podłoże jest płaskie (Rysunek 6).
    UWAGA: Obszar sondowania na podłożu jest automatycznie wybierany przez program wbudowany w drukarkę.
  7. Wyjmij sondę po zakończeniu pomiaru wysokości. Włóż pojemnik z tuszem do dozownika atramentu i podłącz dyszę (średnica wewnętrzna: 230 μm), aby przygotować dozownik.
  8. Zamontuj każdy dozownik atramentu (linia przewodząca, EDLC, GPE) i wydrukuj próbny wzór, naciskając przycisk KALIBRUJ, jednocześnie dostosowując parametry każdego atramentu (Rysunek 7).
  9. Sprawdź wzrokowo wynik drukowania i zapisz wartości parametrów dla każdego atramentu. Szczegółowe informacje można znaleźć w sekcji Reprezentatywne wyniki.

4. Drukowanie linii przewodzącej

UWAGA: Ponieważ kroki od 4.1. do 4.7. pokrywają się z sekcją 3, poniżej są one tylko krótko podsumowane.

  1. Uruchom program drukarki atramentowej i kliknij Drukuj w menu Start i wybierz Proste (Rysunek 1).
  2. Kliknij przycisk Wybierz plik obok Ink, aby załadować zaprojektowany plik wzoru i kliknij DALEJ (Rysunek 3).
  3. Przymocuj płytkę PCB do drukarki i zainstaluj sondę (Rysunek 4).
  4. Sprawdź położenie wzoru na podłożu i zmierz wysokość podłoża (Rysunek 5 i Rysunek 6).
  5. Wyjmij sondę, a następnie zamontuj dozownik atramentu przewodzącego (elastycznego atramentu Ag).
  6. Zmień parametry oprogramowania tuszu przewodzącego, klikając przycisk Ustawienia (patrz Rysunek 7 i Tabela 1).
  7. Wydrukuj przykładowy wzór, aby sprawdzić, czy ustawienie z kroku 4.6 powiodło się.
  8. Usuń przykładowy wzór wydruku chusteczką czyszczącą zwilżoną etanolem.
  9. Wydrukuj zaprojektowany wzór linii przewodzącej, naciskając przycisk START.
  10. Po wydrukowaniu utwardzamy linię przewodzącą w temperaturze 180 °C przez 30 min. Następnie zmierz łączną masę podłoża i linii przewodzącej.

5. Drukowanie linii EDLC

  1. Wybierz opcję Wyrównany na ekranie startowym programu drukarki. Załaduj plik z wzorem linii EDLC i kliknij DALEJ (patrz krok 3.2).
  2. Upewnij się, że położenie linii przewodzącej jest wykrywane przez dwa punkty wyrównania, aby wyrównać pozycje wzoru linii EDLC i linii przewodzącej. Następnie przejdź do losowego punktu i sprawdź, czy lokalizacja jest poprawna.
  3. Zmierz całkowitą wysokość przewodu przewodzącego, aby sprawdzić wysokość dyszy dozownika nad linią przewodzącą, klikając przycisk SONDY (patrz Rysunek 6).
  4. Zmiana wartości parametrów oprogramowania farb EDLC (Rysunek 7 i Tabela 1).
  5. Wydrukuj przykładowy wzorzec, aby sprawdzić, czy wartości parametrów oprogramowania są odpowiednie. Usuń przykładowy wzór wydruku chusteczką czyszczącą zwilżoną etanolem. Wydrukuj linię EDLC, naciskając przycisk START.
  6. Wysuszyć wydrukowaną linię EDLC przez noc w temperaturze pokojowej, aby odparować rozpuszczalnik.
  7. Aby obliczyć masę wysuszonej linii EDLC, zmierz łączną masę podłoża, linii przewodzącej i linii EDLC.

6. Drukowanie wzorca GPE

  1. Wybierz opcję Wyrównany na ekranie startowym programu drukarki. Załaduj plik Gerber ze wzorcem GPE i kliknij DALEJ (patrz krok 3.2).
  2. Sprawdź punkty wyrównania i przejdź do dowolnego punktu, aby sprawdzić, czy pozycja jest prawidłowa.
  3. Zmierz wysokość linii EDLC, aby ustawić domyślną wysokość dyszy.
  4. Zmień wartości parametrów oprogramowania atramentów GPE (Rysunek 7 i Tabela 1).
  5. Wydrukuj przykładowy wzorzec, aby sprawdzić, czy wartości parametrów oprogramowania są odpowiednie.
  6. Usuń przykładowy wzór wydruku chusteczką czyszczącą zwilżoną etanolem. Wydrukuj wzorzec GPE.
  7. Aby przeprowadzić proces stabilizacji i odparować pozostały rozpuszczalnik, należy suszyć wzór GPE w temperaturze pokojowej przez 24 godziny.

7. Test elektrochemiczny

  1. Wykonaj pomiary elektrochemiczne dla urządzenia superkondensatora drukowanego atramentowo, wykonując poniższe czynności. Włącz potencjostat i uruchom program do pomiaru woltamperometrii cyklicznej (CV), ładunku/wyładowania galwanostatycznego (GCD) i elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS).
    1. Podłącz potencjostat do wydrukowanego wcześniej urządzenia superkondensatora.
      UWAGA: W potencjostacie zastosowano cztery linie połączeniowe: elektrodę roboczą (WE), czujnik roboczy (WS), elektrodę przeciwprądową (CE) i elektrodę odniesienia (RE).
    2. Podłącz linię WS do linii WE, a linię RE do linii CE, ponieważ wyprodukowane urządzenie jest symetrycznym superkondensatorem.
    3. Podłącz linię WE\WS i linię CE\RE do przeciwległych padów kolektora prądu na urządzeniu superkondensatora.
  2. Wygeneruj sekwencję CV i uruchom ją, aby uzyskać wynik.
    1. Uruchom program, aby wygenerować plik sekwencji.
    2. Kliknij przycisk Nowa sekwencja.
    3. Kliknij przycisk Dodaj, aby wygenerować krok 1.
    4. Sprawdź, czy potencjał wyświetlany przez potencjostat wynosi 0 V, czy nie. Jeśli potencjał nie wynosi 0 V, wykonaj następujące czynności.
      1. Ustaw Control jako CONSTANT, a dla konfiguracji ustaw Type jako PSTAT, Mode jako NORMAL i Range jako AUTO. Dla napięcia (V) ustaw Ref. jako Eref, a wartość jako 0.
      2. Dla warunku 1 warunku odcięcia ustaw pozycję jako czas kroku, OP na >=, DeltaValue na 1:00 i przejdź dalej jako następny. Dla ustawień Różne naciśnij przycisk Sampling i ustaw Item jako Time(s), OP jako >= i DeltaValue na 30.
    5. Kliknij przycisk Dodaj, aby utworzyć następny krok.
      1. Ustaw Control jako SWEEP, a dla konfiguracji ustaw Type jako PSTAT, Mode jako CYCLIC i Range jako AUTO. Dla wartości początkowej (V) i środkowej (V) ustaw wartość Ref. jako Eref, wartość na 0. Dla Finału (V) ustaw Ref. jako Eref, a Wartość jako 800.00e-3.
      2. Użyj szybkości skanowania napięcia 5, 10, 20, 50 i 100 mV/s. W związku z tym, zgodnie z każdą szybkością skanowania, ustaw szybkość skanowania (V/s) odpowiednio na 5.0000e-3, 10.000e-3, 20.000e-3, 50.000e-3 i 100.00e-3.
      3. Dla wszystkich szybkości skanowania ustaw Czasy ciszy na 0, a Segmenty na 21. Dla Warunku 1 warunku odcięcia ustaw Element jako Koniec kroku i Przejdź dalej jako Następny.
      4. Dla ustawień Różne, naciśnij przycisk Sampling i ustaw Item jako Time(s) i OP jako >=. Dla każdej szybkości skanowania ustaw wartość DeltaValue na 0,9375, 0,5, 0,25, 0,125 i 0,0625.
    6. Kliknij przycisk Zapisz jako, aby zapisać plik sekwencji testu CV.
    7. Kliknij Zastosuj do CH i uruchom plik sekwencji testu CV, aby uzyskać wynik.
  3. Wygeneruj sekwencję GCD i uruchom ją, aby uzyskać wynik.
    1. Uruchom program, aby wygenerować plik sekwencji.
    2. Kliknij przycisk Nowa sekwencja.
    3. Kliknij przycisk Dodaj, aby wygenerować krok 1.
    4. Sprawdź, czy potencjał wyświetlany przez potencjostat wynosi 0 V, czy nie. Jeśli potencjał nie wynosi 0 V, wykonaj następujące czynności.
      1. Ustaw Control jako CONSTANT, a dla konfiguracji ustaw Type jako PSTAT, Mode jako NORMAL i Range jako AUTO. Dla Napięcia (V) ustaw Ref. jako Eref, Wartość jako 0.
      2. Dla warunku 1 warunku odcięcia ustaw element jako czas kroku, OP jako >=, DeltaValue jako 1:00 i przejdź dalej jako następny. Dla ustawienia Różne, naciśnij przycisk Sampling i ustaw Item jako Time(s), OP jako >=, a DeltaValue na 30.
    5. Kliknij przycisk Dodaj, aby utworzyć następny krok (krok ładowania).
      1. Ustaw Control jako CONSTANT, a dla konfiguracji ustaw Type jako GSTAT, Mode jako NORMAL i Range jako AUTO. W polu Prąd (A) ustaw wartość Ref. jako ZERO.
      2. Gęstość prądu waha się od 0,01 A/g do 0,02 A/g. W związku z tym ustaw wartość prądu (A) dla każdej gęstości prądu na 310.26e-6 i 620.52e-6.
      3. Dla warunku 1 warunku odcięcia ustaw pozycję jako napięcie, OP jako >=, DeltaValue jako 800.00e-3 i przejdź dalej jako następny. W przypadku ustawienia Różne ustaw Item jako Time(s), OP na >=, a DeltaValue na 1.
    6. Kliknij przycisk Dodaj, aby utworzyć następny krok (krok rozładowania).
      UWAGA: Ten krok jest ustawiony tak samo jak krok ładowania.
      1. Ustaw wartość prądu (A) dla każdej gęstości prądu na -310.26e-6 i -620.52e-6.
      2. Dla warunku 1 warunku odcięcia ustaw pozycję jako napięcie, OP jako <=, DeltaValue jako 0,0000e+0 i przejdź dalej jako następny. W polu Różne ustaw wartość Item jako Time(s), OP na >= i DeltaValue na 1.
    7. Kliknij przycisk Dodaj, aby utworzyć następny krok (krok pętli).
      1. Ustaw Control jako LOOP, a dla konfiguracji ustaw Type jako Cycle i Iteration jako 21.
      2. Dla Warunku 1 Warunku odcięcia ustaw Element na Liście 1 jako Pętlę Następny. Dla każdej gęstości prądu ustaw Idź dalej jako KROK-2 dla 0,01 A/g i KROK-5 dla 0,02 A/g.
    8. Kliknij przycisk Zapisz jako, aby zapisać plik sekwencji testu GCD.
    9. Kliknij Apply to CH i uruchom plik sekwencji testu GCD, aby uzyskać wynik.
  4. Wygeneruj sekwencję EIS i uruchom ją, aby uzyskać wynik.
    1. Uruchom program, który może wygenerować plik sekwencji.
    2. Kliknij przycisk Nowa sekwencja.
    3. Kliknij przycisk Dodaj, aby wygenerować krok 1.
      1. Ustaw Control jako CONSTANT, a dla konfiguracji ustaw Type jako PSTAT, Mode jako TIMER STOP i Range jako AUTO.
      2. Ponieważ okno potencjału roboczego w tym badaniu jest ustawione na 0,0 do 0,8 V, dla napięcia ustaw wartość na 400,00e-3, co jest średnią wartością okna potencjału roboczego. Ustaw Ref. jako Eref.
    4. Kliknij przycisk Dodaj, aby wygenerować następny krok.
      1. Ustaw Control jako EIS, a dla konfiguracji ustaw Typ jako PSTAT, Tryb jako LOG i Zakres jako AUTO.
      2. Ustaw zakres częstotliwości od 0.1 Hz do 1 MHz. Dlatego ustaw Początkowy (Hz) i Środkowy (Hz) na 100.00e+6, a Końcowy (Hz) na 100.00e-3.
      3. Jak wspomniano w sekcji 7.4.3.2, ustaw wartość odchylenia (V) na 400.00e-3 i ustaw wartość Ref. na Eref.
      4. Aby utrzymać odpowiedź liniową, ustaw amplitudę (Vrms) na 10.000e-3.
      5. Ustaw gęstość na 10 i iterację na 1 dla tego eksperymentu.
    5. Kliknij przycisk Zapisz jako, aby zapisać plik sekwencji testu GCD.
    6. Kliknij Zastosuj do CH i uruchom plik sekwencji testu EIS, aby uzyskać wynik.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tusz został zsyntetyzowany zgodnie z krokiem 2, a jego cechy można było potwierdzić zgodnie z reference18. Rysunek 8 pokazuje właściwości strukturalne tuszu przewodzącego i tuszu EDLC, a także właściwości reologiczne tuszu EDLC opisane w poprzednim badaniu18. Przewodzący atrament jest dobrze spiekany, tworząc ciągłe ścieżki przewodzące, a chropowatość w nanoskali ma zwiększyć powierzchnię kontaktu z tuszem EDLC (Rysunek

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Krytyczne kroki w tym protokole są zaangażowane w konfigurację parametrów oprogramowania w celu wydrukowania zaprojektowanego wzorca poprzez precyzyjne dostosowanie wartości parametrów. Druk dostosowany do potrzeb klienta może prowadzić do optymalizacji strukturalnej i uzyskania nowych właściwości mechanicznych19. Metoda druku atramentowego z kontrolą parametrów oprogramowania może być wykorzystywana do zaawansowanego drukowania w różnych branżach poprzez wybór zoptymalizowanego materiału do proce...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie ujawnili żadnych informacji.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez Korea Electric Power Corporation (numer grantu: R21XO01-24), Program Rozwoju Kompetencji dla Specjalistów Przemysłu koreańskiego MOTIE zarządzany przez KIAT (nr P0012453), oraz Stypendium Badawcze Uniwersytetu Chung-Ang 2021.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
2" x 3" FR i nieśmiały; 4 płytkiVolteraSKU: 1000066Podłoże PCB
Węgiel aktywnyMTINp-Ag-0530HT
Eagle CADAutodeskPCB CAD Program
EtylocelulozaSigma Aldrich4607048,0-49,5% (w/w) na bazie etoksylu
Tusz przewodzący Flex 2VolteraSKU: 1000333Elastyczny atrament Ag
Nadchloran lituSigma Aldrich634565
Węglan propylenuSigma Aldrich310328
PVDFSigma Aldrich182702średnia Mw ~ 534 000 według GPC
Smart ManagerZIVE LABver : 6. 6. 8. 9Program do analizy elektrochemicznej
Super-PHyundai
TerpineolSigma Aldrich432628
MikserThinky ThinkyARE-310Mikser planetarny
Triton-XSigma AldrichX100
Drukarka V-OneVoltera SKU: 1000329Drukarka PCB
ZIVE SP1WonatechPotencjostat urządzenie

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Inkjet PrintingSupercapacitor FabricationPrinting Parameter OptimizationConductive Ink PrintingElectrochemical MeasurementsGerber File PreparationScanning Electron MicroscopyRheological PropertiesWearable Device Printing

Powiązane artykuły