Waiting
Login processing...

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

Engineering

تحكم متقن في الطابعة النافثة للحبر لتصنيع المكثفات الفائقة القائمة على الرقائق

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

توفر هذه الورقة تقنية لتصنيع المكثفات الفائقة القائمة على الرقائق باستخدام طابعة نافثة للحبر. يتم وصف المنهجيات بالتفصيل لتوليف الأحبار ، وضبط معلمات البرامج ، وتحليل النتائج الكهروكيميائية للمكثف الفائق المصنع.

Abstract

هناك جهود هائلة في مختلف المجالات لتطبيق طريقة الطباعة النافثة للحبر لتصنيع الأجهزة القابلة للارتداء والشاشات وأجهزة تخزين الطاقة. ومع ذلك ، للحصول على منتجات عالية الجودة ، هناك حاجة إلى مهارات تشغيل متطورة اعتمادا على الخصائص الفيزيائية لمواد الحبر. وفي هذا الصدد، لا يقل تحسين معلمات الطباعة النافثة للحبر أهمية عن تطوير الخصائص الفيزيائية لمواد الحبر. في هذه الدراسة ، يتم تقديم تحسين معلمات برنامج الطباعة النافثة للحبر لتصنيع مكثف فائق. المكثفات الفائقة هي أنظمة تخزين طاقة جذابة بسبب كثافتها العالية للطاقة وعمرها الطويل وتطبيقاتها المختلفة كمصادر للطاقة. يمكن استخدام المكثفات الفائقة في إنترنت الأشياء (IoT) والهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء والمركبات الكهربائية (EVs) وأنظمة تخزين الطاقة الكبيرة وما إلى ذلك. تتطلب المجموعة الواسعة من التطبيقات طريقة جديدة يمكنها تصنيع الأجهزة بمقاييس مختلفة. يمكن لطريقة الطباعة النافثة للحبر اختراق طريقة التصنيع التقليدية ذات الحجم الثابت.

Introduction

في العقود الماضية ، تم تطوير طرق طباعة متعددة لمختلف التطبيقات ، بما في ذلك الأجهزة القابلة للارتداء1 والمستحضرات الصيدلانية2 ومكونات الفضاء الجوي3. يمكن تكييف الطباعة بسهولة لمختلف الأجهزة ببساطة عن طريق تغيير المواد المراد استخدامها. علاوة على ذلك ، فإنه يمنع إهدار المواد الخام. لتصنيع الأجهزة الإلكترونية، تم تطوير العديد من طرق الطباعة مثل طباعة الشاشة4 والطلاء بالدفع5 والطباعة الحجرية6. وبالمقارنة مع تقنيات الطباعة هذه، تتمتع طريقة الطباعة النافثة للحبر بمزايا متعددة، بما في ذلك تقليل نفايات المواد، والتوافق مع الركائز المتعددة7، والتكلفة المنخفضة8، والمرونة9، والمعالجة في درجات الحرارة المنخفضة10، وسهولة الإنتاج الضخم11. ومع ذلك ، بالكاد تم اقتراح تطبيق طريقة الطباعة النافثة للحبر لبعض الأجهزة المتطورة. هنا ، نقدم بروتوكولا يضع إرشادات مفصلة لاستخدام طريقة الطباعة النافثة للحبر لطباعة جهاز مكثف فائق.

تظهر المكثفات الفائقة، بما في ذلك المكثفات الزائفة والمكثفات الكهروكيميائية المزدوجة الطبقة (EDLCs)، كأجهزة لتخزين الطاقة يمكنها أن تكمل بطاريات الليثيوم أيون التقليدية12,13. على وجه الخصوص ، EDLC هو جهاز تخزين طاقة واعد بسبب تكلفته المنخفضة وكثافة الطاقة العالية وعمر الدورة الطويلة14. يستخدم الكربون المنشط (AC) ، الذي يحتوي على مساحة سطح محددة عالية وموصلية ، كمادة قطب كهربائي في EDLCs15 التجارية. تسمح خصائص التيار المتردد هذه ل EDLCs بأن يكون لها سعة كهروكيميائية عالية16. تحتوي EDLCs على الحجم السلبي في الأجهزة عند استخدام طريقة التصنيع التقليدية ذات الحجم الثابت. مع الطباعة النافثة للحبر، يمكن دمج EDLCs بالكامل في تصميم المنتج. ولذلك، فإن الجهاز الذي يتم تصنيعه باستخدام طريقة الطباعة النافثة للحبر أفضل وظيفيا من الجهاز الذي تم تصنيعه بواسطة المنهجيات الحالية ذات الحجم الثابت17. إن تصنيع EDLCs باستخدام طريقة الطباعة النافثة للحبر الفعالة يزيد من استقرار EDLCs وطول عمرها ويوفر عاملا حرا الشكل18. تم تصميم أنماط الطباعة باستخدام برنامج PCB CAD وتحويلها إلى ملفات Gerber. تمت طباعة الأنماط المصممة باستخدام طابعة نافثة للحبر لأنها تحتوي على تحكم دقيق ممكن من البرامج وإنتاجية عالية للمواد واستقرار الطباعة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. تصميم نمط باستخدام برنامج ثنائي الفينيل متعدد الكلور CAD

  1. قم بتشغيل برنامج CAD. انقر فوق الزر "ملف " أعلى نافذة البرنامج. لتشكيل ملف مشروع جديد ، انقر فوق الزر جديد و Project .
  2. لإنشاء ملف اللوحة، انقر فوق الأزرار ملف وجديد ولوحة بالترتيب. قم بتعيين حجم الشبكة والقيم المتعددة والبديلة بالنقر فوق زر الشبكة على شكل شبكة في أعلى يسار نافذة ملف اللوحة التي تم إنشاؤها (أو النقر فوق عرض وشبكة بالترتيب في الجزء العلوي من النافذة).
  3. قم بتغيير كل من حجم الشبكة وقيمة alt من مم إلى بوصة حتى تتمكن الطابعة النافثة للحبر من قراءة نمط PCB CAD. اضغط على Finest لإجراء تعديلات دقيقة.
  4. صمم نمط المجمع الحالي وخط EDLC في شكل متداخل. تصميم نمط إلكتروليت البوليمر الهلامي (GPE) ومنصات التجميع الحالية في شكل مستطيل (الشكل 1).
    ملاحظة: عرض النمط: 43 ملم، ارتفاع النمط: 55 ملم، طول الخط: 40 ملم، عرض الخط: 1.0 ملم، المسافة من خط إلى خط: 1.5 ملم، وحجم الوسادة: 15 × 5 ملم2.
    1. نظرا لأن النمط النهائي يتكون من ثلاثة أنواع (الخط الموصل ، EDLC ، و GPE) ، فقم بتعيين الطبقات الثلاث على النحو التالي.
      1. انقر فوق عرض وإعدادات الطبقة بالترتيب في الجزء العلوي من النافذة. قم بإنشاء طبقات جديدة بالنقر فوق الزر طبقة جديدة في أسفل يسار نافذة الطبقات المرئية.
      2. في النافذة الجديدة (طبقة جديدة)، قم بإعداد الاسم واللون للطبقة الجديدة. لتمييز الطبقات بصريا ، قم بتعيين أسماء الطبقات الثلاث إلى المجمع الحالي و EDLC و GPE ، وقم بتغيير الألوان المقابلة بالنقر فوق المربع الموجود على يمين اللون.
    2. اضغط على Line في أسفل يسار الشاشة ، وانقر فوق الحقل الرئيسي (خلفية سوداء) ، واسحب لرسم خط. لتغيير سمك الخط، أدخل قيمة العرض الموجودة في الوسط العلوي بمقياس بوصة (1.0 مم = 0.0393701 بوصة).
    3. لتحرير طول السطر، انقر بزر الماوس الأيمن على السطر وانقر على خصائص في الأسفل. في الحقلين من وإلى، أدخل قيمتي x وy لنقطتي البداية والنهاية.
    4. لتعيين النقطة المرجعية للنمط، اضبط الزاوية العلوية اليمنى من النمط الموضح في الشكل 1 على (0,0). ارسم بقية النمط بناء على المعلومات المذكورة أعلاه.
    5. لضبط الحشو المرسوم على الطبقة المطلوبة، انقر بزر الماوس الأيمن فوق النقش وانقر فوق خصائص. ثم انقر فوق طبقة، واختر الطبقة المطلوبة.
    6. لرسم أنماط مستطيلة من لوحة المجمع الحالية وGPE، اضغط على Rect في أسفل يسار النافذة الرئيسية. انقر واسحب على الشاشة (الحقل الرئيسي) حيث يوجد النمط المرسوم مسبقا.
    7. للتحرير ، انقر بزر الماوس الأيمن على السطح المستطيل وانقر فوق خصائص في الأسفل. أدخل القيمة العلوية اليسرى (x,y) والقيمة السفلية اليمنى (x,y) للمستطيل في الحقلين من وإلى ، على التوالي. اضبط المستطيل على الطبقة المطلوبة كما هو مذكور في الخطوة 1.4.5.
  5. قم بتحويل ملف CAD الخاص بالنمط المصمم إلى تنسيق ملف Gerber الذي تتم قراءته بواسطة الطابعة النافثة للحبر.
    1. قبل تحويل ملف النمط المصمم، احفظ ملف اللوحة بتنسيق .brd. للحفظ ، انقر فوق ملف ، ثم فوق حفظ (أو اضغط على ctrl + S على لوحة المفاتيح).
    2. بعد الحفظ ، انقر فوق ملف في الجزء العلوي من النافذة وانقر فوق معالج CAM. لإنشاء ملف Gerber من الطبقة المطلوبة، قم بتعديل العناصر الموجودة ضمن Gerber of Output Files على الجانب الأيسر من النافذة، كما يلي.
    3. أولا ، احذف القوائم الفرعية مثل أعلى النحاس والنحاس السفلي عن طريق الضغط على "-" أدناه. اضغط على "+" وانقر على إخراج Gerber الجديد لإنشاء إخراج Gerber .
    4. على الجانب الأيسر من الشاشة، اضبط اسم الطبقة في الاسم والوظيفة على النحاس عن طريق الضغط على الترس الموجود على اليمين. اضبط نوع الطبقة على الأعلى واضبط رقم طبقة Gerber للمجمع الحالي ، EDLC و GPE على L1 و L2 و L3 ، على التوالي.
    5. في نافذة الطبقات في أسفل ملف Gerber ، انقر فوق تحرير الطبقات في أسفل اليسار ، وحدد كل طبقة مطلوبة.
    6. لتعيين اسم ملف الإخراج المراد إنشاؤه، قم بتعيين اسم ملف Gerber للإخراج في أسفل النافذة إلى ٪PREFIX/٪NAME.gbr.
    7. أخيرا ، انقر فوق Save Job في الجزء العلوي الأيسر من النافذة لحفظ الإعدادات. انقر فوق مهمة المعالجة في أسفل اليسار لإنشاء ملف Gerber.

2. توليف الحبر

ملاحظة: يستخدم حبر Ag المرن كحبر موصل لخط المجمع الحالي ووسادات التجميع.

  1. قم بإعداد حبر EDLC باستخدام التيربينيول والإيثيل سليلوز والكربون المنشط (AC) و Super-P والبولي فينيليدين ثنائي فلوريد (PVDF) و Triton-X على النحو التالي.
    1. استخدم 2,951 ميكرولتر من التربينيول مع لزوجة عالية كمذيب و 1.56 غرام من السليلوز الإيثيلي كمثخن. اضبط نسبة التيار المتردد إلى Super-P إلى PVDF على أنها 7:2:1 بوزن إجمالي قدره 1.8478 جم. بالإضافة إلى ذلك ، استخدم 49 ميكرولتر من Triton-X كخافض للتوتر السطحي للخلط.
    2. امزج جميع المواد لمدة 30 دقيقة باستخدام خلاط كوكبي. ضع مادة القطب الكهربائي المخلوطة جيدا في خرطوشة للطابعة النافثة للحبر وقم بطردها مركزيا عند 115 × g لمدة 5 دقائق.
  2. تحضير حبر GPE باستخدام كربونات البروبيلين (PC) و PVDF وبيركلورات الليثيوم (LiClO4) على النحو التالي.
    1. استخدم الكمبيوتر كمذيب ، و PVDF كمصفوفة البوليمر ، و LiClO4 كملح. وزن جميع مكونات GPE بحيث يكون التركيز المولي النهائي ل LiClO4 هو 1 M ، والوزن النهائي ٪ من PVDF هو 5 وزن.
    2. حرك جميع المكونات على درجة حرارة 140 درجة مئوية لمدة 1 ساعة حتى تذوب. بعد التقليب، قم بتبريد حبر GPE بشكل كاف وضعه في خرطوشة الحبر.

3. إعداد معلمة برنامج الطابعة النافثة للحبر

  1. قم بتشغيل برنامج الطابعة. انقر فوق الزر طباعة ، وحدد بسيط، ثم حدد الحبر الموصل المرن بالترتيب كما هو موضح في الشكل 2.
  2. قم بتحميل ملف Gerber للنمط المصمم باتباع السهم 1 في الشكل 3. اختر ملف Gerber الخاص بالخط الموصل وافتحه (انظر السهمين 2 و3 في الشكل 3). انقر فوق الزر التالي كما هو موضح في السهم 4.
  3. قم بإصلاح لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور كما هو موضح في الشكل 4A ، وقم بتركيب المسبار كما هو موضح في الشكل 4B.
  4. اضبط نقطة الصفر لطابعة ثنائي الفينيل متعدد الكلور من خلال المسبار بالنقر فوق الزر OUTLINE (انظر السهم الأحمر 1,4 في الشكل 5).
    ملاحظة: يتحرك المسبار فوق لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور بينما يعرض المخطط التفصيلي للنمط (انظر أسفل يمين الشكل 5).
  5. حرك صورة النمط على الشاشة عن طريق السحب (انظر السهم الأصفر المتقطع في الشكل 5). انقر فوق الزر OUTLINE مرة أخرى للتحقق مما إذا كان المسبار يتحرك عبر المسار المطلوب. انقر فوق NEXT (المشار إليه بالسهم 5 في الشكل 5).
  6. انقر فوق PROBE لقياس ارتفاع الركيزة للتحقق مما إذا كانت الركيزة مسطحة (الشكل 6).
    ملاحظة: يتم تحديد منطقة التحقيق على الركيزة تلقائيا بواسطة البرنامج المضمن في الطابعة.
  7. قم بإزالة المسبار بمجرد اكتمال قياس الارتفاع. أدخل خرطوشة الحبر في موزع الحبر وقم بتوصيل الفوهة (القطر الداخلي: 230 ميكرومتر) لإعداد الموزع.
  8. قم بتركيب كل موزع حبر (خط موصل ، EDLC ، GPE) ، واطبع نمط عينة بالضغط على زر CALIBRATE ، أثناء ضبط معلمات كل حبر (الشكل 7).
  9. تحقق بصريا من نتيجة الطباعة وسجل قيم المعلمات لكل حبر. راجع النتائج التمثيلية للحصول على التفاصيل.

4. طباعة الخط الموصل

ملاحظة: منذ الخطوات 4.1. إلى 4.7. وبالتداخل مع الفرع 3، لا يرد أدناه سوى موجز موجز لها.

  1. قم بتشغيل برنامج الطابعة النافثة للحبر وانقر فوق طباعة في قائمة البدء وحدد بسيط (الشكل 1).
  2. انقر فوق الزر " اختيار ملف" بجوار Ink لتحميل ملف النمط المصمم وانقر فوق NEXT (الشكل 3).
  3. قم بإصلاح لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الطابعة وقم بتثبيت المسبار (الشكل 4).
  4. تحقق من موضع النمط على الركيزة وقياس ارتفاع الركيزة (الشكل 5 والشكل 6).
  5. قم بإزالة المسبار، ثم قم بتركيب موزع الحبر الموصل (حبر Ag المرن).
  6. قم بتغيير معلمات برنامج الحبر الموصل بالنقر فوق الزر " إعدادات" (انظر الشكل 7 والجدول 1).
  7. اطبع نموذج نمط للتحقق مما إذا كان الإعداد من الخطوة 4.6 ناجحا.
  8. امسح نمط طباعة العينة باستخدام منديل تنظيف مبلل بالإيثانول.
  9. اطبع النمط المصمم للخط الموصل بالضغط على الزر START .
  10. بعد الطباعة ، عالج الخط الموصل عند 180 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. ثم ، قم بقياس الوزن المشترك للركيزة والخط الموصل.

5. طباعة خط EDLC

  1. حدد الخيار محاذاة على شاشة البدء لبرنامج الطابعة. قم بتحميل ملف نمط خط EDLC وانقر فوق التالي (راجع الخطوة 3.2).
  2. تأكد من اكتشاف موضع الخط الموصل من خلال نقطتي محاذاة لمحاذاة مواضع نمط خط EDLC والخط الموصل. ثم انتقل إلى نقطة عشوائية وتحقق مما إذا كان الموقع صحيحا.
  3. قم بقياس الارتفاع الكلي للخط الموصل للتحقق من ارتفاع فوهة الموزع فوق الخط الموصل بالنقر فوق زر PROBE (انظر الشكل 6).
  4. تغيير قيم معلمات البرامج الخاصة بأحبار EDLC (الشكل 7 والجدول 1).
  5. اطبع نموذج نمط للتحقق مما إذا كانت قيم معلمات البرنامج مناسبة. امسح نمط طباعة العينة باستخدام منديل تنظيف مبلل بالإيثانول. اطبع خط EDLC بالضغط على الزر START (ابدأ ).
  6. جفف خط EDLC المطبوع طوال الليل في درجة حرارة الغرفة لتبخر المذيب.
  7. لحساب وزن خط EDLC المجفف ، قم بقياس الوزن المشترك للركيزة والخط الموصل وخط EDLC.

6. طباعة نمط GPE

  1. حدد الخيار محاذاة على شاشة البدء لبرنامج الطابعة. قم بتحميل ملف Gerber الخاص بنمط GPE وانقر فوق NEXT (انظر الخطوة 3.2).
  2. تحقق من نقاط المحاذاة وانتقل إلى أي نقطة للتحقق مما إذا كان الموضع صحيحا.
  3. قم بقياس ارتفاع خط EDLC لتعيين الارتفاع الافتراضي للفوهة.
  4. تغيير قيم معلمات البرامج الخاصة بأحبار GPE (الشكل 7 والجدول 1).
  5. اطبع نموذج نمط للتحقق مما إذا كانت قيم معلمات البرنامج مناسبة.
  6. امسح نمط طباعة العينة باستخدام منديل تنظيف مبلل بالإيثانول. طباعة نمط GPE.
  7. للحصول على عملية تثبيت وتبخر المذيب المتبقي ، جفف نمط GPE في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة.

7. الاختبار الكهروكيميائي

  1. قم بإجراء القياسات الكهروكيميائية لجهاز المكثف الفائق المطبوع بالحبر باتباع الخطوات التالية. قم بتشغيل جهاز potentiostat وقم بتشغيل البرنامج لقياس قياس الفولتامتر الدوري (CV) ، والشحنة / التفريغ الجلفانوستاتيكي (GCD) ، والتحليل الطيفي للمعاوقة الكهروكيميائية (EIS).
    1. قم بتوصيل potentiostat بجهاز المكثف الفائق المطبوع مسبقا.
      ملاحظة: يتم استخدام أربعة خطوط اتصال في الجهد: القطب العامل (WE) ، مستشعر العمل (WS) ، القطب المضاد (CE) ، والقطب المرجعي (RE).
    2. قم بتوصيل خط WS بخط WE وخط RE بخط CE لأن الجهاز المصنع هو مكثف فائق متماثل.
    3. قم بتوصيل خط WE\WS وخط CE\RE بمنصات التجميع الحالية المعاكسة على جهاز المكثف الفائق.
  2. قم بإنشاء سلسلة من السير الذاتية وتشغيلها للحصول على النتيجة.
    1. قم بتشغيل البرنامج لإنشاء ملف التسلسل.
    2. انقر فوق الزر تسلسل جديد .
    3. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة 1.
    4. تحقق مما إذا كانت الإمكانات التي يعرضها البوتينيستات هي 0 فولت أم لا. إذا لم يكن الجهد 0 V ، فقم بما يلي.
      1. اضبط التحكم على أنه CONSTANT وللتكوين، واضبط النوع ك PSTAT، والوضع كعادي، والنطاق على أنه تلقائي. بالنسبة للجهد (V) ، اضبط Ref. كما Eref ، والقيمة كما 0.
      2. بالنسبة للشرط-1 من الشرط المقطوع، قم بتعيين العنصر كوقت الخطوة، وOP ك >=، و DeltaValue ك 1:00 وانتقل بعد ذلك كالتالي. بالنسبة إلى المتفرقات، اضغط على زر أخذ العينات واضبط العنصر كوقت (أوقاء)، وOP ك >= وDeltaValue ك 30.
    5. انقر فوق الزر إضافة لإنشاء الخطوة التالية.
      1. اضبط التحكم ك SWEEP وللتكوين، واضبط النوع ك PSTAT، والوضع على أنه CYCLE، والنطاق على أنه تلقائي. بالنسبة للأولي (V) والأوسط (V)، قم بتعيين المرجع ك Eref، القيمة ك 0. بالنسبة للنهائي (V)، قم بتعيين المرجع ك Eref والقيمة ك 800.00e-3.
      2. استخدم معدلات مسح الجهد 5 و 10 و 20 و 50 و 100 mV / s. لذلك ، وفقا لكل معدل مسح ضوئي ، قم بتعيين Scanrate (V / s) على أنه 5.0000e-3 و 10.000e-3 و 20.000e-3 و 50.000e-3 و 100.00e-3 ، على التوالي.
      3. بالنسبة إلى جميع معدلات المسح الضوئي، قم بتعيين وقت (وقتات) الهدوء ك 0 والشرائح ك 21. بالنسبة للشرط-1 من حالة القطع ، قم بتعيين العنصر كنهاية الخطوة وانتقل التالي كالتالي.
      4. لإعداد متفرقات، اضغط على زر أخذ العينات وقم بتعيين العنصر كوقت (وقتات) وOP كوقت >=. لكل معدل فحص، قم بتعيين DeltaValue ك 0.9375 و 0.5 و 0.25 و 0.125 و 0.0625.
    6. انقر فوق الزر " حفظ باسم" لحفظ ملف التسلسل الخاص باختبار السيرة الذاتية.
    7. انقر فوق تطبيق على CH وقم بتشغيل ملف التسلسل لاختبار السيرة الذاتية للحصول على النتيجة.
  3. قم بإنشاء سلسلة من GCD وقم بتشغيلها للحصول على النتيجة.
    1. قم بتشغيل البرنامج لإنشاء ملف التسلسل.
    2. انقر فوق الزر تسلسل جديد .
    3. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة 1.
    4. تحقق مما إذا كانت الإمكانات التي يعرضها البوتينيستات هي 0 فولت أم لا. إذا لم يكن الجهد 0 V ، فقم بما يلي.
      1. اضبط التحكم على أنه CONSTANT وللتكوين، واضبط النوع ك PSTAT، والوضع كعادي، والنطاق على أنه تلقائي. بالنسبة للجهد (V) ، اضبط المرجع على أنه Eref ، القيمة على 0.
      2. بالنسبة للشرط-1 من الشرط المقطوع، قم بتعيين العنصر كوقت الخطوة، وOP ك >=، و DeltaValue ك 1:00 وانتقل بعد ذلك كالتالي. لإعداد المتفرقات، اضغط على زر أخذ العينات وقم بتعيين العنصر كوقت (وقتات)، وOP ك >=، وDeltaValue ك 30.
    5. انقر فوق الزر "إضافة" لإنشاء الخطوة التالية (خطوة الشحن).
      1. اضبط التحكم ك CONSTANT وللتكوين، واضبط الكتابة ك GSTAT، والوضع كعادي، والنطاق على أنه تلقائي. بالنسبة إلى (A) الحالي، قم بتعيين المرجع ك ZERO.
      2. تتراوح الكثافة الحالية بين 0.01 A / g و 0.02 A / g. لذلك، قم بتعيين قيمة التيار (A) لكل كثافة تيار إلى 310.26e-6 و 620.52e-6.
      3. بالنسبة للشرط-1 من عنصر تعيين الشرط المقطوع كجهد ، OP ك > = ، DeltaValue ك 800.00e-3 ، وانتقل بعد ذلك كالتالي. بالنسبة لإعداد متفرقات، قم بتعيين العنصر كوقت (وقتات) وOP ك >= وDeltaValue ك 1.
    6. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة التالية (خطوة التفريغ).
      ملاحظة: يتم تعيين هذه الخطوة بنفس طريقة تعيين خطوة الشحن.
      1. اضبط قيمة التيار (A) لكل كثافة تيار على -310.26e-6 و-620.52e-6.
      2. بالنسبة للشرط-1 من عنصر تعيين الشرط المقطوع كجهد ، OP ك < = ، DeltaValue ك 0.0000e + 0 والانتقال التالي كالتالي. بالنسبة لإعداد متفرقات، قم بتعيين العنصر كوقت (أوقات) وOP ك >= و DeltaValue ك 1.
    7. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة التالية (خطوة الحلقة).
      1. قم بتعيين Control ك LOOP وللتكوين ، قم بتعيين النوع كدورة والتكرار ك 21.
      2. للشرط-1 من عنصر مجموعة الشروط المقطوعة في القائمة 1 كحلقة تالية. لكل كثافة تيارية، قم بتعيين Go Next ك STEP-2 ل 0.01 A/g وSTEP-5 ل 0.02 A/g.
    8. انقر على زر حفظ باسم لحفظ ملف تسلسل اختبار GCD.
    9. انقر فوق تطبيق على CH وقم بتشغيل ملف التسلسل لاختبار GCD للحصول على النتيجة.
  4. قم بإنشاء تسلسل من EIS وتشغيله للحصول على النتيجة.
    1. قم بتشغيل البرنامج الذي يمكنه إنشاء ملف التسلسل.
    2. انقر فوق الزر تسلسل جديد .
    3. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة 1.
      1. اضبط التحكم على أنه CONSTANT وللتكوين، واضبط الكتابة ك PSTAT، والوضع كمؤقت STOP، والنطاق على أنه تلقائي.
      2. نظرا لأن نافذة إمكانات التشغيل في هذه الدراسة تم تعيينها على أنها 0.0 إلى 0.8 فولت ، بالنسبة للجهد ، اضبط القيمة على 400.00e-3 ، وهي القيمة المتوسطة لنافذة جهد التشغيل. تعيين المرجع ك Eref.
    4. انقر فوق الزر " إضافة" لإنشاء الخطوة التالية.
      1. اضبط التحكم ك EIS وللتكوين، وقم بتعيين النوع ك PSTAT، والوضع ك LOG، والنطاق ك AUTO.
      2. اضبط نطاق التردد من 0.1 هرتز إلى 1 ميجاهرتز. لذلك، قم بتعيين الأولي (هرتز) والأوسط (هرتز) إلى 100.00e+6، والنهائي (هرتز) إلى 100.00e-3.
      3. كما هو مذكور في القسم 7.4.3.2 ، قم بتعيين قيمة التحيز (V) إلى 400.00e-3 ، وقم بتعيين المرجع إلى Eref.
      4. للحفاظ على استجابة خطية، اضبط السعة (Vrms) على 10.000e-3.
      5. اضبط الكثافة على 10 والتكرار على 1 لهذه التجربة.
    5. انقر على زر حفظ باسم لحفظ ملف تسلسل اختبار GCD.
    6. انقر فوق تطبيق على CH وقم بتشغيل ملف التسلسل لاختبار EIS للحصول على النتيجة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تم تصنيع الحبر وفقا للخطوة 2 ، ويمكن تأكيد خصائص الحبر وفقا للمرجع18. يوضح الشكل 8 الخصائص الهيكلية للحبر الموصل وحبر EDLC ، بالإضافة إلى الخصائص الريولوجية لحبر EDLC المبلغ عنها في البحث السابق18. يتم تلبيد الحبر الموصل جيدا لتشكيل مسارات توصيل مستمرة ، ومن المتوقع أن تزيد خشونة المقياس النانوي من مساحة التلامس مع حبر EDLC (الشكل 8A ، B). يتم توزيع حبر EDLC بشكل موحد على المقياس العياني ولكن له شكل سطح خشن للغاية على المقياس الجزئي والنانوي ، مما قد يوفر مساحة سطح عالية ويحسن سعة تخزين الطاقة. جميع المكونات مشتتة بشكل جيد ولا توجد عناصر مرئية يمكن أن تسبب انسدادا أثناء الطباعة (الشكل 8C-F). يعرض الشكل 8G التطور الزمني للزوجة الظاهرة في حبر EDLC. تزداد قيمة اللزوجة مع وقت القص ولا تظهر سلوكا لزجا مرنا. يشير إلى سلوك سماكة القص دون أي امتداد هيكلي ناجم عن الإجهاد أو تمدد أو إعادة ترتيب.

وتم بنجاح الحصول على مكثف فائق مطبوع باستخدام هذا البروتوكول (الشكل 9 باء). تعتبر جودة الطباعة جيدة إذا كان النمط المطبوع يحتوي على عيوب أقل أو معدومة (قارن الشكل 9B مع 9A) ، والحد الأدنى من خشونة السطح ، وسمك موحد. المعلمات الأساسية التي تؤثر على جودة طريقة الطباعة النافثة للحبر هي معدل التغذية ، والركلة ، وطول القطع ، والمسافة المضادة للأوتار ، ونقطة الضبط الريولوجية ، ونسبة البدء / الإيقاف الناعمة. في هذه الدراسة ، تم تقييم نتائج الطباعة لخط (أو طبقة) GPE و EDLC بناء على نتائج طباعة الخط الموصل.

يحدد معدل التغذية وسرعة انتقال محور XY أثناء التوزيع وقت الطباعة الإجمالي. كما أن لها تأثيرا كبيرا على سمك الخط ومنع مشاكل القطع. وكانت جميع الخطوط موحدة مع عدم وجود انفصال مرئي عندما كان معدل التغذية هو الحد الأدنى (100 مم/دقيقة) (الشكل 10 ألف)؛ ومع ذلك ، استغرق الأمر وقتا طويلا لطباعة المنتج. وعلى النقيض من ذلك، انخفض وقت الطباعة الإجمالي عندما كان معدل التغذية أقصى (600 مم/دقيقة) (الشكل 10D)؛ ومع ذلك ، بالمقارنة مع النتائج المطبوعة بمعدل تغذية يبلغ 500 مم / دقيقة (الشكل 10C) ، تم قطع الخط أو تكسيره لأن الموزع تحرك بسرعة. تم العثور على معدل تغذية يبلغ 300 مم / دقيقة ليكون مثاليا لوقت الطباعة المناسب ولمنع تكوين الشقوق (الشكل 10B). يتحكم Kick في الضغط المطبق عبر طول الشوط للمكبس داخل الموزع. تم فصل جميع الخطوط عندما كانت الركلة منخفضة جدا (الحد الأدنى للقيمة يساوي 0.1 مم). ومع ذلك ، فإن الضغط العالي عند ركلة عالية (القيمة القصوى تساوي 0.7 مم) خلق عنق الزجاجة مما أدى إلى انسداد الفوهة. لذلك ، من الضروري استخدام قيمة مناسبة للركلة (0.35 مم) حتى لا ينكسر الخط ، ولا تسد الفوهة (الشكل 11).

طول القطع هو الحد الأقصى للمسافة المقطوعة لتوزيع واحد وتتراوح قيمته من 1 مم إلى 9999 مم. تطبع الطابعة بشكل فظ وتستغرق وقتا طويلا عندما يكون طول القطع 1 مم. لذلك ، يجب ضبط طول القطع بناء على الطول الإجمالي للنمط. في هذا البروتوكول ، تم تعيين طول القطع على أنه 120 مم (الشكل 12). يمكن تشكيل سلسلة في نهاية الفوهة لأن التصاق الحبر بالفوهة أعلى من التصاق الحبر بالركيزة بناء على الطاقة السطحية للحبر. تساعد المسافة المضادة للأوتار في كسر الأوتار بأمان عن طريق دفع الفوهة إلى الخلف (الشكل 13). نقطة الضبط الريولوجية هي معلمة تعوض عن معدل التدفق للحفاظ على الضغط بعد الاستغناء. لا يزيد مبلغ الاستغناء حتى بعد طباعة نمط عندما تكون نقطة الضبط الريولوجية عند الحد الأدنى لقيمتها (0.0). ومع ذلك، تزداد كمية الاستغناء ومعدل تدفق الحبر عندما تكون نقطة الضبط الريولوجية عند القيمة القصوى (1.0). علاوة على ذلك ، يحدث الانسداد بسبب تأثير عنق الزجاجة عندما تكون نقطة الضبط الريولوجية عالية. وبالتالي ، يجب ضبط نقطة الضبط الريولوجية بناء على لزوجة الحبر وقابليته للانضغاط (الشكل 14).

نسبة البدء/الإيقاف الناعم هي معلمة تضبط الفرق بين الوقت الذي تبدأ فيه الركلة (الضغط) وعندما يتم تثبيت معدل التدفق بناء على خصائص الحبر (الشكل 15). أثناء تجربة التحكم في إعداد معلمة البرنامج ، من الصعب ملاحظة أي اختلاف في الطباعة بسبب التغييرات في مساحة المرور وقيمة إعداد اختراق التتبع. لذلك ، يجب إصلاح هاتين المعلمتين بشكل منفصل بناء على النمط المصمم. نتائج تجربة التحكم في الإعداد هي كما يلي: يجب ضبط تباعد التمرير واختراق التتبع وطول القطع استنادا إلى النمط المراد طباعته. علاوة على ذلك ، يجب ضبط معدل التغذية ، والمسافة المضادة للأوتار ، والركلة ، ونسبة البدء / التوقف الناعمة ، ونقطة الضبط الريولوجية بناء على خصائص الحبر. ولذلك، تم إصلاح قيم معلمات البرامج للأحبار المختلفة (الحبر الموصل وحبر EDLC وحبر GPE) كما هو موضح في الجدول 1.

تم الحصول على البيانات الكهروكيميائية كما هو موضح في الخطوة 7 من البروتوكول. يقدم الشكل 16A و B و C بيانات السيرة الذاتية و GCD و EIS ، على التوالي. تم الحصول على البيانات الموضحة في الشكل 16A من خلال قياس السيرة الذاتية. تم حساب السعة الوزنية والسعة المساحية وسعة الخلية لتكون 5.74 F / g و 142 mF / cm2 و 178 mF / cell ، على التوالي ، لمعدل مسح ضوئي قدره 5 mV / s. توضح الرسوم البيانية GCD (الشكل 16B) شكل منحنى متماثل تقريبا ، وهو الخاصية المميزة ل EDLC. علاوة على ذلك ، يوضح الرسم البياني EIS (الشكل 16C) قيمة Rs منخفضة (5.29 Ω) ولا توجد قيمة Rct ، وهي نموذجية ل EDLC.

Figure 1
الشكل 1: نمط متداخل تم تصميمه باستخدام برنامج CAD. تتم طباعة الوسادتين في الجزء العلوي من النمط فقط باستخدام حبر المجمع الحالي. تتم طباعة المربع الأزرق السماوي الكبير بحبر إلكتروليت بوليمر هلامي ، ويتم طباعة الخطوط الزرقاء بحبر خط EDLC وحبر المجمع الحالي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: صورة نافذة برنامج الطابعة . (A) الشاشة الأولى للبرنامج. يظهر السهم الأحمر مكان الزر طباعة. (ب) الشاشة الثانية من البرنامج. يظهر السهم الأحمر مكان الزر بسيط. (ج) الشاشة الثالثة من البرنامج. يظهر السهم الأحمر الحبر الذي يجب تحديده. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: لقطة شاشة توضح كيفية تحميل ملف Gerber للنمط المصمم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: لقطة شاشة توضح كيفية إصلاح لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتركيب المسبار. (أ) صورة عرض علوي للطابعة النافثة للحبر التي تحمل لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور. (ب) صورة الرؤية الأمامية للطابعة النافثة للحبر حيث يتم تركيب المسبار. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: لقطة شاشة توضح كيفية التحقق من حركة المسبار عند تغيير موضع النمط.

Figure 6
الشكل 6: لقطة شاشة توضح كيفية قياس ارتفاع السطح. بعد النقر فوق PROBE ، ينتقل المسبار إلى البقعة المشار إليها على الركيزة (يشار إليها بالدوائر) ، ثم يتحرك لأسفل ولأعلى للتحقق من ارتفاع الركيزة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 7
الشكل 7: لقطة شاشة توضح كيفية ضبط معلمات البرنامج وطباعة نمط العينة. (أ) صورة لقطة شاشة توضح إجراء طباعة نمط عينة. يشير السهم الأحمر إلى الزر الخاص بطباعة نمط العينة ويشير السهم الأصفر إلى الزر الخاص بالتحكم في معلمات البرنامج للأحبار. (B) نافذة تظهر عند الضغط على السهم الأصفر الموضح في (A). يمكن تعديل معلمات البرنامج عن طريق تغيير القيم المشار إليها بالسهم 1. اضغط على السهم 2 لحفظ التغييرات في معلمات البرنامج. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 8
الشكل 8: صورة SEM للأحبار والطبقات المطبوعة ، ولزوجة حبر EDLC. (أ، ب) صور SEM ذات عرض علوي للمجمع الحالي عند (A) تكبير منخفض و (B) تكبير عال. (C) صورة SEM للرؤية الجانبية المائلة لفيلم الطبقة النشطة EDLC المطبوع. (مد إلى واو) صور SEM ذات العرض العلوي لطبقة EDLC النشطة مع تكبيرات مختلفة. (ز) اللزوجة الظاهرية لحبر EDLC مقابل وقت القص لتجربة معدل القص الثابت 0.3 s-1. تم تكييفها بإذن من المرجع18. حقوق الطبع والنشر (2020) الجمعية الكيميائية الأمريكية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 9
الشكل 9: صورة فوتوغرافية للنتائج المطبوعة . (أ) صورة فشل الطباعة. تتم طباعة الجزء الدائري الأحمر بشكل غير متساو بسبب فشل الطباعة. (ب) صورة فوتوغرافية للمنتج النهائي المطبوع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 10
الشكل 10: طباعة النتائج المقابلة للتغير في معدل التغذية. (أ) 100 مم/دقيقة، (ب) 300 مم/دقيقة، (ج) 500 مم/دقيقة، (د) 600 مم/دقيقة .

Figure 11
الشكل 11: نتائج الطباعة المقابلة للتغييرات في الركلة . (A) 0.1 mm و (B) 0.2 mm و (C) 0.35 mm و (D) 0.7 mm. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 12
الشكل 12: نتائج الطباعة المقابلة للتغيرات في طول القطع (A) 1.0 مم و (B) 50 مم.

Figure 13
الشكل 13: الصور التي توضح كيفية تحرك الموزع عن طريق ضبط معلمة المسافة المضادة للتوتر . (أ) حركة الفوهة عندما تكون قيمة المسافة المضادة للوتر ثابتة عند القيمة القصوى (5.0 مم). (ب) صورة فوتوغرافية للتوتير. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 14
الشكل 14: نتائج الطباعة المقابلة للتغير في تغيير نقطة الضبط الريولوجية . (A) 0 و (B) 1.0. تظهر الدوائر الحمراء في (B) الشقوق (أو الثقوب) الناجمة عن تأثير الانسداد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 15
الشكل 15: نتائج الطباعة المقابلة للتغير في نسبة البدء الناعم/الإيقاف الناعم. يشير دوران سن المنشار (السهم الأحمر) في اتجاه عقارب الساعة إلى بدء الطباعة. (أ) قيمة الحد الأقصى للبدء الناعم والحد الأدنى لقيمة الإيقاف الناعم ، وكذلك (ب) الحد الأدنى لقيمة البدء الناعم والحد الأقصى للقيمة القصوى للإيقاف الناعم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 16
الشكل 16: نتائج الاختبار الكهروكيميائي للمكثف الفائق المطبوع . (A) CV و (B) GCD و (C) EIS الرسوم البيانية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

البارامتر الحبر الموصل حبر EDLC حبر GPE
تباعد التمرير (مم) 0.15 0.15 0.15
ارتفاع الاستغناء (مم) 0.12 0.14 0.16
معدل التغذية (مم / دقيقة) 500 300 300
طول القطع (مم) 120 120 120
تتبع الاختراق (مم) 0.15 0.15 0.15
المسافة المضادة للتوتير (مم) 0.4 0.7 0.1
ركلة (مم) 0.35 0.3 0.4
نسبة البدء الناعم 0.1 0.8 0.8
نسبة الإيقاف الناعم 0.15 0.1 0.15
نقطة ضبط الريولوجية 0.16 0.2 0.16

الجدول 1. معلمات البرامج المحسنة للحبر الموصل وحبر EDLC وحبر GPE.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يتم تضمين الخطوات الهامة في هذا البروتوكول في إعداد معلمة البرنامج لطباعة النمط المصمم عن طريق ضبط قيم المعلمات بدقة. يمكن أن تؤدي الطباعة المخصصة إلى التحسين الهيكلي والحصول على خصائص ميكانيكية جديدة19. يمكن استخدام طريقة الطباعة النافثة للحبر مع التحكم في معلمات البرامج للطباعة المتطورة في مختلف الصناعات عن طريق اختيار المواد المحسنة لعملية الطباعة.

في تصنيع المكثفات الفائقة باستخدام الطباعة النافثة للحبر ، ذكرت إحدى الأوراق أنه لا يزال هناك حد لتطوير نمط ذي دقة موحدة وعالية. وقد أفيد بأن ارتفاع درجة الحرارة بعد المعالجة لا يزال ضروريا، وأن عملية تحسين المادة أمر لا غنى عنه20. وذكرت ورقة بحثية أخرى أنه لاستخدام الطباعة النافثة للحبر بشكل صحيح، من الضروري ضبط اللزوجة والتوتر السطحي في نطاق ضيق نسبيا يعتمد على الطابعة. لهذا الغرض ، يكون تركيز المادة الفعالة للحبر محدودا. وفي بعض الحالات، لوحظ أن المطبوعات المتعددة ضرورية لإيداع كمية كافية من المواد(21). وتماشيا مع هذا الاتجاه، يمكن لهذا البروتوكول أن يساعد الباحثين على تنفيذ أنماط بدقة أعلى من خلال توفير طرق دقيقة للتعامل مع الطابعات النافثة للحبر. بالإضافة إلى ذلك ، مع إتقان التحكم في البرامج ، يمكن للمرء تبسيط عملية التصنيع عن طريق ضبط معلمات البرنامج مثل معدل التغذية و Kick دون الحاجة إلى الطباعة عدة مرات لإيداع ما يكفي من المواد.

يمكن التحكم في معلمات البرنامج للطباعة الدقيقة وفقا للبروتوكول المقدم. ومع ذلك ، يجب معالجة بعض الاختناقات لتحسين أداء الجهاز استنادا إلى طريقة الطباعة. تتطلب المشكلات المختلفة ، مثل انتشار الحبر وتأثير الانسداد ، تحسين خصائص الحبر نفسه إلى جانب ضبط قيم معلمات البرنامج22. أهم خاصيتين للحبر هما اللزوجة والتوتر السطحي23. لذلك ، يجب قياس اللزوجة24 والتوتر السطحي25 للحبر والتحكم فيهما لتحسينه. لتحسين الأداء ، من المهم أيضا فهم خصائص الأحبار بشكل كامل واختيار المواد ذات النسب المناسبة.

باختصار ، يتم إنشاء بروتوكول هنا لاستخدام الطباعة النافثة للحبر لطباعة جهاز مكثف فائق. تم تقديم مناقشة لمعلمات البرامج التي تتحكم في الطابعة النافثة للحبر هنا كدليل مفيد للتعامل مع عمليات الطباعة المتطورة وتحسينها. يمكن تحقيق مزيد من التقدم في طباعة الأجهزة القابلة للارتداء لتخزين الطاقة وأجهزة الاستشعار المرنة وصناعة الطيران من خلال تحسين مواد الحبر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي إفصاحات.

Acknowledgments

تم دعم هذا العمل من قبل الشركة الكورية للطاقة الكهربائية (رقم المنحة: R21XO01-24) ، وبرنامج تطوير الكفاءات لمتخصصي الصناعة في MOTIE الكورية التي تديرها KIAT (No. P0012453)، ومنحة جامعة تشونغ آنغ لأبحاث الدراسات العليا لعام 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

الهندسة، العدد 177،
تحكم متقن في الطابعة النافثة للحبر لتصنيع المكثفات الفائقة القائمة على الرقائق
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