Summary
여기, 우리는 디자인, 제조, 및 공기에 민감한 유기 광전자 소자의 광학 및 전기 특성에 대 한 간단 하 고, 다양 한 3D 인쇄 및 제어 대기 챔버의 사용에 대 한 프로토콜을 제시.
Abstract
이 원고에서 우리는 작은, 휴대용, 쉬운--사용 대기 챔버의 제조 개요 유기 및 페로 광전자 장치, 3D 인쇄를 사용 하 여. 이러한 유형의 장치는 습기와 산소, 같은 챔버 도움이 연구원 전자 및 안정성 속성 특성화 됩니다. 챔버는 제어 속성 (를 포함 하 여 온도 습도, 가스 도입)와 임시, 재사용할 수 있는, 그리고 안정적인 환경으로 사용할 것입니다. 그것은 공기에 민감한 자료를 보호 하기 위해 또는 저하 연구에 대 한 제어 방법으로 그들을 오염 물질에 노출에 사용할 수 있습니다. 챔버의 속성의 특성, 우리는 표준 습도 센서에 의해 측정 된 상대 습도 사용 하 여 수증기 전송 속도 (WVTR)를 결정 하는 간단한 절차를 개설 한다. Polylactic 산 (PLA)의 50 %infill 밀도 사용 하 여 표준 운영 절차, 주 장치 속성의 뜻깊은 손실 없이 사용할 수 있는 챔버에 발생 합니다. 다양성 및 챔버의 사용의 용이성 컴팩트 제어 분위기를 필요로 하는 어떤 특성 상태에 적용할 수 있습니다.
Introduction
유기 및 페로 광전자 장치, 태양 전지 및 발광 다이오드 반도체 유기 분자를 π 활용 및 organometal 할로겐 기반 연구의 급속 하 게 성장 하는 분야는. 유기 발광 다이오드 (Oled) 조명에서 주요 기술 요소는 이미1, 표시 및 유기 태양 전지는 비정 질 실리콘2와 경쟁 수 있도록 효율성을 달성 하기 시작 했습니다. 페로-기반 장치 빛 흡수 및 발광 응용 프로그램3,,45 의 최근 급속 한 발전 제안 저가, 쉽게 처리 장치는 곧 널리 찾을 가능성이 배포입니다. 그러나, 이러한 모든 기술은 대기 오염 물질, 특히 습기와 산소, 그들의 효과적인 일생6,7,,89를 제한 하는 감도에서 고통.
이러한 시스템을 공부 하는 연구원에 대 한 적응력, 쉬운--사용, 휴대용, 그리고 재사용 가능한 챔버 등 민감한 자료를 보호 하기 위해 또는 제어 방식으로10,11에 오염 물질에 노출에 유용할 수 있습니다. 그것은 공기에 민감한 소자의 특성에 대 한 한 글러브를 사용 하 여, 비록이 크고, 비싼, 그리고 고정 위치, 불활성 환경 필요할 수 있는 특성의 넓은 범위와 호환 수 있습니다. 제공 하는 휴대용 대안, 리스 외. 10 작은 금속 챔버 유기 소자의 전기 및 광학 특성에 대 한 적당 한 표준 진공 플랜지에 따라 제안. 우리가 만드는 그것은 저렴 하 고 더 다양 한 사용 하 여 챔버 부품 생산을 3 차원 인쇄가이 디자인을 적응 했습니다. 3D 인쇄 보다는 가공, 사용 유틸리티의 기본 디자인을 유지 하면서 샘플 또는 환경 요구 사항 변화에 신속 하 고 비용 효율적인 조정에 대 한 수 있습니다. 이 기여에 우리 같은 챔버, 확인 하는 절차를 설명 하 고 유기 다이오드 소자의 전류-전압 특성을 추출 하는 데 사용할.
유기의 좋은 캡슐 페로 장치 10-3 -10-6 g/m2의 WVTRs 있어야/장기 장치 안정성12,13, 유기 소자에 작은 물 진입을 보장 하기 위한 일에 매우 가혹한 조건입니다. 이 챔버 테스트 목적 보다는 장기 저장 또는 캡슐화 방법 제어 환경 설계, 효과적인 챔버에 대 한 요구는으로 엄격 합니다. 챔버는 특성 실험을 수행 하는 합리적인 시간 내에서 장치 속성을 유지할 수 있어야 합니다. 몇 일 동안 또는 사용 될 수 있는 챔버에 PLA를 사용 하 여 표준 운영 절차 결과 주 장치 속성의 뜻깊은 손실 없이 통합 된 가스 흐름.
자료를 변경 또는 심지어 모양과 크기 챔버 바디의 챔버로 공기에서 오염 물질의 침투에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서, 습기와 산소의 진입 챔버의 효능을 결정 하기 위해 각 디자인에 대 한 신중 하 게 모니터링 해야 합니다. 우리, 또한 챔버의 제작 개요 실험 챔버의 사용에 대 한 기간을 설정 하는 상용 습도 센서를 사용 하는 챔버의 WVTR을 결정 하기 위한 간단한 절차.
간단 하면서도 다양 한 챔버 실험의 여러 유형에 대 한 수행할 수 있습니다. 그들은 불활성 분위기 글러브, 전기 및 광학 characterizations 전기 피드스루 포트 및 창에 대 한 적당 한 외부 환경으로 작동할 수 있다. 그들의 이동성 수 라운드 로빈 신뢰성14 에 대 한 테스트에 유용 어디 그들은 제조 되었다, 실험실 외부 표준 전기 특성화 장비와 함께 사용할 수 또는 장치의 인증된 측정을 얻기 위해 성능15. 이 약 실은 간단한 수정 제어 저하 테스트에 대 한 오염 물질의 도입의 효과 연구 하는 데 특히 유용도 있습니다. 3D 인쇄를 사용 하 여 장치 레이아웃, 크기, 변경 또는 테스트 요구 사항에 중요 한, 빠른 적응성을 수 있습니다.
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Protocol
1. 3D 인쇄 챔버 부품
참고: 모든 프린터 준비, "슬라이서" 소프트웨어 설정 및 인쇄 매개 변수 테이블의 자료에 표시 된 프린터에 특정 했다. 각각 그들의 자신의 세트의 준비 단계와 최적의 3D 프린터의 광범위가 있다. 또한 인쇄 된 부분에 대 한 사용 폴리머 필 라 멘 트에 대 한 가능한 다양 한 색상입니다. 그것은 동일한 플라스틱을 사용 하 여 각 부분에 대 한 필요가 없습니다입니다.
- 원하는 챔버 구성에 따라 해당.stl 파일을 선택 합니다.
참고: 이러한 구성은 함께 하나의 완전 한 챔버 구성의 분해 뷰 그림 1에 자세히는. - .Stl 파일 프린터 읽을.gcode 파일을 변환 하는 조각화 소프트웨어를 설정 합니다.
- 재료의 테이블에에서 나열 된 조각화 소프트웨어를 다운로드 합니다.
- 다른 로 이동 하 여 사용 중인 프린터를 선택 하 고 사용 중인 프린터를 찾을.
- 설정 으로 이동 > 프린터 > 프린터 관리 > 컴퓨터 설정 을 그림 2와 같이 설정을 변경 하 고.
- 조각화 소프트웨어로 사용자 원하는 매개 변수가 있는.gcode 파일을.stl 파일을 변환 합니다.
- SD 카드에 변환 된.gcode 파일을 저장 하 고 3D 프린터에 넣습니다.
- 3D 프린터를 사용 하기 위해 준비.
- 파란색 마스킹 테이프와 인쇄 침대 커버. 입술, 공기 방울, 또는 불규칙 한 표면 표면 신용 카드 형식 개체를 실행 하 여 확인 합니다.
- 필요한 경우 프린터 침대 수준. 메서드는 프린터 다릅니다 하 고 연구 될 수 있다.
- 3D 프린터 디스플레이에 SD 카드에서 인쇄 이동 하 고 원하는 파일을 선택 하십시오.
참고: 프린터는, 처음에, 그것의 침대와 노즐, 열 그리고 인쇄 시작 됩니다. - 1.3-1.6 인쇄할 각 부분에 대 한 단계를 반복 합니다.
그림 1: 시험 챔버의 분해 뷰 구성 테이블. (한)이 표에 다양 한 챔버 구성.stl 파일 있습니다. 행 인쇄 각 챔버 부분에 변이의 설계도 3 차원 렌더링을 보여줍니다. 열 단일 챔버를 완료 하는 데 필요한 부분을 보여 줍니다. 참고 아래쪽 챔버 또는 가스 포트를 둘 다 아래쪽 챔버 챔버가 됩니다. (b)이이 패널 4 픽셀 IV 테스트 구성에 대 한 인쇄 챔버의 쪼개진된 CAD 보기를 보여줍니다. O-링, 유기 소자와 KF50을 중심으로 가스 켓은 3D 인쇄. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 3D 프린터 설정. 이 약 실에 대 한 3D 인쇄 부품 생산 조각화 소프트웨어에 필요한 기계 설정의 스크린샷입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
2. 상단 챔버 어셈블리
- 최고 챔버에 삽입 스레드를 추가 (삽입 스레드를 적용 하는 방법에 대 한 내용은 그림 3b 참조).
- 4 도청 구멍 직경 (크기 21 임페리얼) 0.397 c m의 깊이에서 0.404 cm의 드릴 (5/32에서) 인쇄 된 상단 챔버의 아래쪽에는 4 안내 하는 구멍에 ( 그림 1a참조).
- #4-40 스레드 크기 (0.248 cm 직경에서)와 황동 테이퍼 스레드 삽입을 아래로 더 작은 직경 드릴된 구멍에 넣으십시오.
- 납땜을 켭니다. 약 330-350 ° C에가 열 될 때 스레드 삽입을 납땜 팁 누르고 삽입 준비 된 구멍으로 슬라이드 수 있도록 플라스틱을가 열로 공칭 압력을 적용 합니다. 삽입의 윗면까지 (삽입 곧장 이동 보장) 압력을 유지 하 고 상단 챔버의 아래쪽 얼굴 약 1 m m 떨어져 있습니다.
- 가볍게 눌러 삽입의 상단 면에 대 한 straightedge의 가장자리 플라스틱 그것은 최고 챔버의 아래쪽 얼굴 플러시 되도록 여전히 뜨겁다. 계속 하기 전에 냉각 플라스틱에 대 일 분 수 있습니다.
- 고정 링 삽입을 배치 하 고 구멍 줄 있는지 확인 하 여 삽입의 맞춤을 확인 합니다. 그림 3 c를 참조 하십시오.
- 2.1.2-2.1.5 모든 4 삽입에 대 한 단계의 절차를 반복 합니다.
- 삽입 하 고 상단 챔버 밑면에 원형 홈에 크기 116 부 틸 링을 누릅니다.
- O-링 위에 유기 소자를 배치 (2 가능한 픽셀 패턴의 자세한 내용은 그림 4 참조).
참고: 단일 유기 장치 할 수 있다 독립적으로 측정 될 수 있다 개별 다이오드 수의. 이들은 "픽셀." 이라고 그림 4에서 패턴으로 가기 챔버에 배치 되어야 합니다 유기 소자의 방향을 나타냅니다. 챔버 측면 노치 아래 ( 그림4에서 패턴에 방향 표시)를 기준으로 유기 소자 (6-픽셀) 또는 유기 소자 (4 픽셀)의 왼쪽에 이어야 한다. - 글러브 환경에서 고정 상단 챔버를 고정 링 4 4 40 스레드 나사 (0.248 cm 직경, 길이 0.478 cm)를 속이 고 여 고정 링을 통해 스레드 삽입으로. 고정 링과 o-링 사이 장치를 누릅니다. 장치 나사를 속이 고 점진적으로 균열을 하지 주의 각 패스를 돌아서가 1-8.
참고: 보장 충분 한 물개, o-링 15-25% 압축 장치 주위에 밀착 확인 합니다.
그림 3: 상단 챔버의 조립. (한)이이 패널이 보여줍니다 분해 4 픽셀 가기 챔버. (b)이이 패널 상단 챔버 납땜을 사용 하 여 스레드 삽입의 응용 프로그램에서는. (c)이이 패널 상단 챔버 (o-링 및 나사 선명도 대 한 표시 되지 않습니다 참고)에 고정 링의 맞춤 보여주는 부분적으로 조립 된 상단 챔버 구성 요소를 보여 줍니다. PLA 플라스틱의 다양 한 색상 다양 한 부품;의 인쇄를 위해 사용 되었다 이들은 있다 챔버의 성능에 영향을 주지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: 핀 레이아웃에 대 한 가능한 장치 픽셀 패턴. 이러한 패널 (a) 4 픽셀에 대 한 연락처 핀 위치 및 (b) 6 픽셀 IV 테스트 챔버 구성 지정 사용 유기 태양 전지 또는 발광 다이오드 소자의 레이아웃을 표시 합니다. 각 픽셀은 약 실에 있는 그들의 정확한 위치에 대 한 방향 표시 (녹색 별)에 대 한 참조 번호가 매겨집니다. 검은색과 빨간색 동그라미 각각 음극과 양극 연락처를 (즉, 핀 위치)를 나타냅니다. Note 6 픽셀 구성에 대 한 상위 두 픽셀은 최고 약 실에 있는 개통에 의해 복 면을 하지 번호로 4 픽셀 또는 조명 조건 하에서 시험 될 수 있다. (c)이이 패널의 핀 위치 표시와 함께 6 픽셀 아래쪽 챔버를 기준으로 6 픽셀 장치의 방향을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 수 있도록 어떤 수 분 흡수 소재에서 탈출 챔버에 의해 ≥ 24 h에 대 한 글러브 환경에서 조립된 상단 챔버를 둡니다. 기다리는 동안 3 단계로 진행 합니다.
3. 하단 챔버 어셈블리
만 주: 가스 흐름 포트 아래쪽 챔버와 구성이 필요 하는 경우 단계 3.1을 따릅니다.
- 가스 흐름 포트 ( 그림 5참조)와 아래쪽 챔버에는 불활성 가스 흐름에 대 한 공 압 커넥터 푸시 연결을 추가 합니다.
- 1/8에서 크기의 국가 관 실 (NPT) 탭을 사용 하 여 손으로 T-렌치, 가스 흐름 포트 아래쪽 챔버의 측면에 있는 두 구멍을 누릅니다. 도청에 구멍 수직 이며 챔버 안전 장소에서 개최 되는 보장, 구멍에 탭을 배치 합니다.
- 탭에는 연결 된 T-렌치를 사용 하 여, 천천히 렌치를 시계 방향으로, 스레드로 탭 남아 수직 고 늘어서까지 구멍 형성 된다 보장 트위스트. 모든 5 회전 렌치 시계 반대 방향으로 하나의 완전 한 설정, 그리고 다음 스레드 구멍의 맨 아래를 잘라 때까지 반복, 또 다른 5 회전 트위스트 트위스트.
- (보면 위에서 피팅에 실수는 그것으로) 스레드 주위를 시계 반대 방향으로 테이프를 배치 하 여 2-공 압 푸시 연결 커넥터 주위 테 플 론 테이프를 감아 2 배.
참고: 자세한 내용은 참조 하십시오 기계공 도청 가이드북을. - 공 압 커넥터를 나사 탭된 구멍에 그들을 강화 하는 렌치를 사용 하 여. 알아서 하지 너무 및 플라스틱 부.
- 주위에 앉아 피팅 저압 에폭시를 적용 합니다. 호 일의 조각에 아이스 스틱을 사용 하 여 (모두 포함) 1 부 경화제 2-부분 기본 수 지 혼합. 이 혼합물은 에폭시.
- 이쑤시개를 사용 하 여 에폭시 가스 흐름 포트 아래쪽 챔버와 피팅 사이의 공간 안팎의 레이어를 적용. 25 ° c.에 강화 수 지에 대 한 1-2 시간 앉아 에폭시 수 전체 치료에 대 한 허용 25 ° c.에 24 시간 동안 휴식을 에폭시 설정된 수 지 흰색과 누를 때 고체 있는지 확인 합니다.
주의: 에폭시 경화제, 에폭시 수 지 화상 및 눈과 피부 자극을 일으킬. 에폭시는 알레르기 피부 나 호흡기 반응을 일으킬 수 있습니다. 그것은 호흡기 자극을 일으킬 수 있습니다. 그것은 삼 켜 또는 피부를 통해 흡수 하는 경우 해로울 수 있습니다. 적절 한 환기를 보장 하 고 피부와 의류 어떤 접촉 든 지 피하십시오. 수증기에서 호흡 하지 마십시오. 에폭시 처리 때 장갑과 눈 보호를 착용 하십시오. - 테 플 론 튜브의 2 cm 조각으로 수동으로 운영 푸시 연결 밸브 공 압 푸시 연결 커넥터를 연결 합니다. 튜브의 직경을 푸시 연결 커넥터를 사용 하 여 필요한 일치 해야 합니다.
그림 5: 가스 포트와 챔버를 조립된. 이 패널에는 완벽 하 게 조립된 챔버 가스 포트 바닥 챔버를 포함 하 여 보여줍니다. 챔버에 사용할 수 있는 구멍에 포함 된 푸시 연결 가스 포트 제어 가스의 소개를 가스 흐름 제어 밸브와 배관에 연결 됩니다. 참고 연락처 핀 명확성을 위해 생략 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 전류 전압 (IV) 측정에 대 한 아래쪽 챔버에 전기 연락처 핀 추가 ( 그림 6참조).
- 솔더 컵의 여성 끝에 포고 핀의 좁은 끝의 6-7 m m를 삽입 합니다. 이 2 개 부품의 조합 연락처 핀으로 알려져 있다. 손을 돕는 솔더를 사용 하 여 가로로 연락처 핀의 두 부분을 일시 중단 합니다.
- 납땜을 켭니다. 약 330-350 ° C에가 열 될 때 포고 핀과 솔더 컵 사이 연결 지역에 철을 터치 합니다.
- 아직도 지역에 철 감동, 하는 동안 연결 지역에 솔더를 누릅니다. 그것은 충분히가 열, 납땜이 녹아 것입니다. 확인 연락처 핀의 외부의 주위에 모든 방법을 두 부분 사이의 영역을 취재 하는 땜 납의 얇은 층. 솔더 아니 범프 부드러운 확인 하십시오. 그림 6b참조.
- 바닥 챔버의 아래쪽에 있는 구멍의 1에 연락처 핀을 밀어넣습니다. 그래서 그 2.2 cm 솔더 컵 끝의 아래쪽 챔버의 하단에서 튀어나와 연락처 핀을 밀어.
참고: 솔더 컵 충실 해야한다 하단 챔버의 바닥 포고 핀 하단 챔버의 내부 쪽으로 해야 하는 동안. - 씰링, 연락처 핀 저압 에폭시 진공 응용 프로그램에 대 한 적합 한 플라스틱으로 삽입 되었다 지역 커버. 호 일의 조각에 아이스 스틱 사용 하 여 균일 한 혼합물이 나타날 때까지 1-부분 경화제 2 부분 수 지 혼합.
- 이쑤시개를 사용 하 여 연락처 핀 및 공기 유입의 가능성을 제거 하는 구멍 주위 에폭시를 적용 됩니다. 1-2 h 25 ° c.에 강화 수 지에 대 한 허용 전체 치료에 대 한 허용 25 ° c.에 24 시간 동안 휴식을 에폭시 설정된 수 지 흰색과 누를 때 고체 있는지 확인 합니다.
주의: 에폭시 경화제, 에폭시 수 지 화상 및 눈과 피부 자극을 일으킬. 에폭시는 알레르기 피부 나 호흡기 반응을 일으킬 수 있습니다. 그것은 호흡기 자극을 일으킬 수 있습니다. 그것은 삼 켜 또는 피부를 통해 흡수 하는 경우 해로울 수 있습니다. 적절 한 환기를 보장 하 고 피부와 의류 어떤 접촉 든 지 피하십시오. 수증기에서 호흡 하지 마십시오. 에폭시 처리 때 장갑과 눈 보호를 착용 하십시오. - 단계-3.2.1 3.2.6는 구멍을 채우기 위해 아래쪽 챔버에 연락처 핀의 올바른 번호를 추가 하려면 반복 합니다.
- 글러브 환경으로 조립된 바닥 챔버를 배치 하 고 적어도 24 시간 동안 그것을 둡니다.
참고:이 자료에서 탈출 챔버에 의해 어떤 습기를 흡수 허용 하는.
그림 6: 완전 한, 조립 바닥 챔버. (한)이이 패널 장착 진공 응용 프로그램에 대 한 적합 한 저압 에폭시를 사용 하 여 연락처 핀 4 픽셀 IV 테스트 구성에 대 한 조립된 바닥 챔버를 보여줍니다. 브라운 오 링 (KF50)-링 가스 켓을 중심으로 사용 되어 상단 챔버와 꽉 끼는. (b)이이 패널 납땜 후 솔더 컵과 포고 핀을 보여줍니다. (c)이이 패널 아래쪽 챔버 구멍에 접촉 핀의 정확한 좌석을 보여주는 설정된 에폭시의 클로즈업을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
4. 최종 조립
참고:이 어셈블리 조립 상단과 하단 챔버 ≥ 24 h에 대 한 글러브 안에 되었습니다 후 글러브 환경 내에서 수행할 것입니다.
- 그림 6에서 같이 KF50을 중심으로 가스 켓 아래쪽 챔버에 연결 합니다.
- 부드러운 면이 위쪽으로 향하게 가기 챔버의 아래쪽 챔버에 상단 챔버를 놓고 유기 장치와 적절 한 접촉 되도록 두 챔버 부품에 노치를 정렬 합니다. 전체 챔버의 분해 뷰 그림 1 을 참조 하십시오.
- KF50 클램프를 사용 하 여 함께 2 약 실 부분을 보호 합니다.
- 클램프에 wingnut 풀과 결합 된 하단 챔버 상단 챔버의 가장자리 주위 클램프 장소.
- 그림 7 의 삽입을 사용 하 여 명확한 표현, 볼트, 2 반-챔버 주위 단단한 물개를 지키기 위하여가 수는 wingnut 트위스트. 두고 소프트웨어까지 글러브에서 완성 된 약 실에서 단계 5로 구성 되어.
그림 7: 조립, 완벽 한 테스트 챔버를. (한)이이 패널 완벽 하 게 조립된 4 픽셀 IV 테스트 챔버를 보여줍니다 하단 및 상단 챔버 사이의 꽉 맞는 보장 캐스팅 KF50 클램프. 삽입 최대 압박감 위치에 KF50 클램프의 다른 각도 보여줍니다. (b)이이 패널 고정 링 (o-링 상단 챔버에 이미 탑재 참고) 4 픽셀 가기 챔버의 어셈블리를 보여 줍니다. 다른 약 실 구성 같은 방식으로 조립 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
5. 행위 IV 측정 장치에 개별 픽셀의
참고:이 섹션은 대표 결과에 표시 되는 데이터를 생성 하는 데 사용 하는 절차를 자세히 설명 합니다. 소스 측정 유닛 (SMU)와 사용 Zero 삽입 강제 (ZIF) 테스트 보드 재료의 테이블에에서 나열 됩니다. 그러나, 전류-전압 데이터를 수집 하는 SMU에 상공 연결의 어떤 방법을 사용할 수 있습니다. 모든 4 측정 단계 윈도우 머신에서 실시 했다. "픽셀" 유기 소자에 단일 다이오드를 말합니다.
- 다운로드 및 설치 제공된 파이썬 IDE.
- ZIF 테스트 보드에 SMU에 SMU 1 채널에서 BNC 케이블을 연결 합니다.
- SMU를 전원 공급 장치를 연결 하 고 연결 하는 컴퓨터를 통해 USB 2.0 케이블.
- 연결 된 SMU에 해당 하는 올바른 COM 포트/직렬 포트 ID를 식별 합니다.
- Windows 장치에 대 한 체크는 COM 포트에 해당 장치 관리자에서 연결 된 SMU. COM 번호를 기록해 둡니다.
- BasicIV.py 파이썬 스크립트를 엽니다.
- 그림 8에서 보듯이 BasicIV.py 에 코드의 라인에서 COM 포트를 (Windows)를 붙여 넣습니다.
참고: 기본적으로 프로그램은 현재 작업 디렉터리에 데이터를 출력 합니다.
그림 8: 파이썬에는 4 측정. 이것은 COM 포트 위치 표시와 함께 BasicIV.py 파이썬 스크립트의 스크린 샷을입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- SMU에 범위 스위치를 ON 위치로 SMU 1 채널 근처에 위치한 "2" 표시를 전환 합니다. 그림 9b참조.
- 글러브 환경에서 완벽 하 게 조립된 챔버를 제거 합니다.
- 연락처 핀와 선택의 방법을 사용 하 여 ZIF 테스트 보드와 연결 다리 ( 그림 9참조).
참고:이 설정에 대 한 사용자 지정 어댑터가 되었다 IV 측정을 실행 하는 경우 연락처 핀과 ZIF 테스트 보드 사이 연결을. 이 메서드는 연결이 충분 하 고 무시할 수 저항을 추가 달라질 수 있습니다. - 접지 에 음극 핀을 전환 하 고 그들의 나머지 부분을 보장 하는 한 번에 단 1 픽셀에 대 한 BNC 를 양극 핀 전환 OFF.
- BasicIV.py를 실행 합니다.
참고: 측정 완료 되 면, 파일의 결과 V0대 의 음모 나0 이전에 선택 된 파일 경로에서 생산 됩니다. - 각 픽셀 각 픽셀에 대 한 IV 측정을 그림 9 에 표시 된 픽셀 스위치를 사용 하 여 장치에 대 한 5.10-5.11 단계를 반복 합니다.
그림 9: 4는 측정 설정. (한)이이 패널 표시는 완벽 하 게 조립된 실 제로-삽입 강제 (ZIF) 테스트 보드와 소스 측정 유닛 (SMU) IV 측정 테스트에 연결 합니다. (b)이이 패널 표시 범위 스위치 "2" 올바르게 측정을 위한 SMU에 연결할 장치를 ON 위치에 설정 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
6. 조립 WVTR 테스트 챔버
- 결정은 WVTR WVTR 테스트 챔버를 내부 습도 센서를 추가 합니다.
- 그림 10의 c와 같이 내부 습도 센서 3 와이어 솔더: 5 V (레드), 접지 (녹색), 및 데이터 (노란색). 그들은 충분 한 길이 (약 15cm) 확인 합니다.
- WVTR 테스트 하단 챔버의 바닥에 구멍을 통해 내부 습도 센서 와이어 피드.
- 이쑤시개를 사용 하 여 내부와 어떤 구멍 뿐만 아니라 아래쪽 챔버 외부 전선 주위 저압 에폭시를 적용 됩니다. 호 일의 조각에 아이스 스틱 사용 하 여 균일 한 혼합물이 나타날 때까지 1-부분 경화제 2 부분 수 지 혼합.
- 적용 와이어 및 공기 유입의 가능성을 제거 하는 구멍 주위 에폭시. 1-2 h 25 ° c.에 강화 수 지에 대 한 허용 전체 치료에 대 한 허용 25 ° c.에 24 시간 동안 휴식을 에폭시 설정된 수 지 흰색과 누를 때 고체 있는지 확인 합니다.
주의: 에폭시 경화제, 에폭시 수 지 화상 및 눈과 피부 자극을 일으킬. 에폭시는 알레르기 피부 나 호흡기 반응을 일으킬 수 있습니다. 그것은 호흡기 자극을 일으킬 수 있습니다. 그것은 삼 켜 또는 피부를 통해 흡수 하는 경우 해로울 수 있습니다. 적절 한 환기를 보장 하 고 피부와 의류 어떤 접촉 든 지 피하십시오. 수증기에서 호흡 하지 마십시오. 에폭시 처리 때 장갑과 눈 보호를 착용 하십시오.
- 조립 최고 챔버, 같은 크기 및 장치는 챔버를 묶는 것으로 두께 유리의 조각으로 장치를 대체 하는 2 단계를 반복 합니다.
참고: 최고 챔버 이미 조립 하는 경우 다음 그것은 사용할 수 있습니다 이러한 목적을 위해. 아무 장치 측정 되 고, 이후 모방 장치의 조건에 유리의 조각 사용 됩니다 가기 챔버의 광학 개통을 밀봉 하. - 에 산소-unassembled / 습기 무료 테스트 아래쪽 챔버, 조립된 상단 챔버, KF50을 중심으로 반지를 두고 환경 (글러브) 내부 상대 습도 0%의 초기 상태를 보장 하기 위해 24 시간.
- 그림 10a와같이 글러브, 내부 WVTR 측정 내장 챔버를 완전히 4 단계를 반복 합니다.
그림 10: 설치 테스트 습도. (한)이이 패널 표시 완전히 조립된 WVTR 챔버 내부 및 외부 DHT22 습도 센서는 마이크로컨트롤러에 브레드보드 점퍼를 사용 하 여 연결을 테스트 합니다. (b)이이 패널 WVTR 테스트 하단 챔버 내부 DHT22 습도 센서를 보여줍니다. 유의 하십시오 전선과 바닥 챔버를 통해 먹이 저압 에폭시와 장소에서 개최 됩니다. (c)이이 패널 내부 및 외부 습도 센서 DHT22 (편의)에 대 한 단일 브레드보드를 사용 하 여 마이크로컨트롤러 보드 배선 다이어그램의 회로도 보여준다. 센서는 마이크로컨트롤러 핀 "5"에 연결 되어 (빨간색)과 "GND" (녹색) 센서에 전력을 제공. 데이터 출력 센서 (노란색)을에서 10 k ω 저항으로 "디지털" [내부 (INT) 센서에 대 한 2] 및 외부 (EXT) 센서 4 핀에 연결합니다. 삽입 표시 올바른 pin 배선 DTH22 센서: 5V (빨간색), 접지 (녹색), 및 데이터 (노란색). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
7. 실시는 WVTR을 결정 하는 습도 측정
- 마이크로컨트롤러 보드 소프트웨어 및 모든 파이썬 2.7.12 다운로드 호환 컴퓨터에 IDE.
- 파이썬 파일 Run_WVTR_Test.py을 엽니다.
- 마이크로컨트롤러를 통해 컴퓨터에 USB A-b 케이블을 연결 합니다.
- 스프레드시트 데이터의 출력 수 있도록 라이브러리를 설치 합니다.
- 5.4 연결 된 마이크로컨트롤러의 COM 번호를 확인 하려면 단계를 반복 합니다. 복사 하 고 그림 11a와같이 파이썬 코드가 붙여.
- 원시 데이터 스프레드시트에 대 한 원하는 파일 경로 식별 하 고 그림 11a와같이 파이썬 코드에 그것을 입력 합니다.
- 마이크로컨트롤러 파일 ARDUINO_HUMIDITY_TESTS.ino을 엽니다.
- 도구 탭에서 적절 한 마이크로컨트롤러 보드로 선택 합니다. 도구 탭에서 다시 포트 7.5 단계에서 결정 된 대로 선택 합니다.
- 확인 하 고 상단에 있는 아이콘을 클릭 하 여 마이크로컨트롤러를 마이크로컨트롤러 코드를 업로드 그림 11b에서보듯이 윈도우의 왼쪽.
- 그림 10 c;와 같이 회로 와이어 5 V (레드)를 연결 하 고 (블랙), 접지 (노란색) 철사 그들의 각각 위치에 외부 (EXT) 습도 센서의 신호. 생략 내부 센서 (INT) 단계 7.12까지 있기 때문에 그것은 완성 된 챔버에 있는 10b를 그림에서 같이.
- 글러브에서 조립된 챔버를 제거 합니다.
- 바로 그림 10 c에서처럼 챔버에서 내부 센서 마이크로컨트롤러 보드에 연결 합니다.
- 파이썬 스크립트를 실행 하 고 파이썬 쉘에 표시 되는 프롬프트를 따르십시오.
- 챔버의 재질에 입력 합니다.
- 시간 기간을 입력 합니다. 밑줄로 번호 브래킷 예를 들어 6 h를 원하는 경우 다음 "_6_"을 입력 합니다.
참고: 테스트 시작 하 고 테스트가 완료 되 면 스크립트 내에서 지정 된 경로 위치에서.xlsx 파일을 생성 해야 합니다. 설치 프로그램에서 연결을 끊으려면 센서를 허용 하지 않습니다. 이 경우 테스트를 다시 시작 해야 합니다. 마이크로컨트롤러 코드 WVTR 측정에 대 한 공급 업체에서 제공 하는 기본 프로그램에서 적응 했다. 4 측정을 실행 하는 Python 코드 ZIF 테스트 보드 제조업체에서 제공 하는 코드에서 적응 했다.
그림 11: 수증기 전송 속도 화면. 이러한 패널 표시 (a) (b) COM 포트 위치와 Run_WVTR_Test.py 파이썬 스크립트의 스크린 샷을 표시. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Representative Results
전류-전압 측정:
이 챔버는 공기에 민감한 다이오드 장치는 유기 또는 페로 태양 전지 또는 빛 발광 다이오드 등의 테스트에 대 한 수 있도록 설계 되었습니다. 그것은 재사용, 임시 캡슐화 또는 제어 저하 테스트 수행에 오염 물질을 도입 하는 방법으로 작동할 수 있습니다. 여기에 표시 된 전류 밀도-전압 (JV) 곡선 기본적인 다이오드 특성을 추출 하 다크 (즉, 아무 조명)와 조명된 조건에서 SMU에 연결 된 ZIF 테스트 보드를 사용 하 여 측정 했다. 상공에서 ZIF 보드 연락처 핀을 연결 하 여 각 픽셀은 개별적으로 해결할 수 있습니다. 예제 데이터 아래의 표준 하단 챔버 가스 포트, 50% 밀도 PLA 플라스틱에서 인쇄 없이 사용 되었다 6-픽셀 구성을 사용 하 여 유기 태양 전지를 테스트 하. 이러한 유기 장치 "픽셀" 측정 설정을 사용 하 여 측정할 수 있는 개별 다이오드를 의미 합니다. ( 추가 정보) 발견 IV 측정 코드 폴더에 제공 된 파이썬 프로그램을 사용 하 여, 다음 곡선 유기 장치 이토/PEDOT의 장치 아키텍처에서 단일 픽셀에 대 한 달성 했다: PSS/P3HT: PCBM / 알입니다. 생산 하는 장치에 대 한 세부 사항은 다른16을찾을 수 있습니다.
그림 12 는 한 좋은 작업 유기 태양광 소자 및 조명 아래 어둠 속에서의 예상된 JV 곡선을 나타냅니다. 전류 밀도 (J)를 추출 하는, BasicIV.py 파이썬 프로그램에서 출력 전류-전압 곡선 측정된 다이오드 지역으로 분할 되었다. 우리의 다이오드가 약 1.2 m m2했다. 그림 12 는 챔버 내에, 전극 패드와 함께 좋은 핀 접촉 한 다이오드 동작을 보여 줍니다. 이러한 구성에서 측정을 4 개의 픽셀을 모두 비슷한 동작 표시. 타락 하지는 작업 유기 다이오드 표시 해야 조정 동작, 잡음, 낮은 신호 및 지 수 증가 전류에 어두운 조건;에서 약 1 V의 적용된 전압 후 조명, 아래 비슷한 다이오드 특성 유도 광 전류2,16오프셋으로 어둠 속에서 있어야 합니다. 비교를 위해, 그림 12 는 또한 활성 영역 (즉, 그림 4, 저압 진공 씰링 에폭시로 밀봉에서 빨간 개요 영역 현미경 슬라이드를 사용 하 여 캡슐화 같은 장치에서 1 픽셀에 대 한 JV 곡선 보여줍니다. 후에 초기에 챔버 테스트). 챔버, 거기는 높은 접촉 저항 [곡선 된다 덜 "광장" 인해 단락 전류 J (sc)18 와 오픈 회로 경사를 채우기 요소17 의 감소와 같이 증거 전압 (Voc)]19. 이것은 챔버 측정 보드20를 사용 하 여 직접 조사 하는 장치에 비해 디바이스의 높은 접촉 프로브 저항에 표시 될 수 있습니다. 그것은 더 나은 납땜과 배선 설계를 통해 크게 저항 손실을 줄일 수 있어야한다. 저하, 경우 작동 하지 또는 제대로 연락을 유기 소자, 우리 볼 것 이다 하지 그림 12 c에서 다이오드 같은 곡선. 이러한 커브는 일반적으로 낮은 측정된 전류, 아니 조정 동작 및 높은 신호 대 잡음 비율, 연락처 열기 또는 "소음"를 나타내는 있다. 단락 회로 같은 경우 최고 금속 전극과 아래에 ITO 전극 사이의 직접 접촉 발생 것 표시는 슬로프의 직선에 의해 저항에 비례 연락처 (그림 12d)에 걸쳐.
그림 12: 한 IV 비교. 이러한 패널 챔버 내부에 표준 유기 태양 전지 장치와 같은 장치를 캡슐화는 내장 핀 (는) 어두운 조건 (아래 ZIF 보드에 직접 연락의 전류 밀도-전압 (JV) 측정 곡선 표시 즉, 조명 밑에 아닙니다)와 (b) 조명 아래 다이오드 동작 예상 보여주는 랩 빛 소스를 사용 하 여. (c)이이 패널 조명 보여주는 저하 또는 비 접촉 행동의 밑에 아닙니다 표준 유기 태양 전지 디바이스의 IV 측정 곡선을 보여 줍니다. (d)이이 패널의 조명 아래 하지 짧은-순환된 장치 4 다이오드 측정 곡선을 보여 줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
실로 효능 테스트:
이 챔버는 제어 속성 (를 포함 하 여 온도 습도, 가스 도입)와 임시, 재사용 가능한 안정적인 환경으로 행동 하는 위한 것입니다. 대기 챔버의 효능을 확인, 그들은 두 가지 방법으로 특징 했다: 습도 센서를 사용 하 여 수증기 전송 속도 테스트 및 전류-전압을 설명 하는 데 사용 하는 유기 태양 전지 장치를 사용 하 여 장치 저하 테스트 이전 섹션의 측량입니다.
WVTR 테스트:
장치의 저하에 중요 한 요소 중 하나입니다 장치21,22에 물의 침투. 장기적인 장치 안정성, 유기 소자의 좋은 캡슐 있어야 합니다 10-4 -10-6 g/m2/물 진입12,13일. 이 챔버 테스트 목적 보다는 장기 저장 또는 캡슐화 방법 제어 환경 설계, 효과적인 챔버에 대 한 요구는으로 엄격 합니다. 오히려, 챔버 내에 주어진된 실험 조건에 대 한 합리적인 기간 장치 속성을 유지 하기 위해 수 있어야 합니다. 수증기 입구와 챔버의 사용 시간을 특성화의 기본 방법은 이다 수증기 전송 율 (WVTR)21.
WVTR 아래 조건에 따라 다른 의미를 걸릴 수 있습니다 그것은 측정 하 고 사용된23단위로. 이 기여 목적는 WVTR 상대 습도 변화24, 비슷한 중량 측정 컵 테스트23의 측정을 통해 결정 됩니다. 챔버에 습기 유입 경로의 복잡성 때문에 센서에 도달 하는 수증기의 대량 변경 사용 하 여야 한다, 정상화는 비율 차이 당 (0-분수로 표시 1)의 경계를 넘어 상대 습도 바 샤 외 의 방법에서 적응 25.
(1)
여기, 
는 챔버에 포함 된 수증기의 질량의 시간에 관하여 변화의 속도 나타냅니다 그리고 
상대 습도 챔버 내외의 차이. 이러한 접근 방식은 WVTR 질량 당 단위 시간에 대 한 단위를 생성합니다.
이 방정식에서 암시적은 수증기 유입 속도 내부와 외부 챔버의 상대 습도 차이에 비례 하는 가정이 이다. 이 가정은 다음과 같은 미분 방정식에 지도:
(2)
여기, 
(3D 모델에서 가져온) 챔버의 볼륨 및 
테스트 기간 동안 기록 된 온도에서 수증기의 포화 밀도.
이 방정식을 해결 하 고 (> 24 h에 대 한 글러브에 챔버를 두어서 보장) 챔버에 습도 0%의 초기 상태에 그것을 대체,이 실험의 경 세 방정식 아래와 같이 찾을 수 있습니다.
(3)
습도 테스트를 할 때, 신호는 상대 습도 동시에에서 찍은 3D 인쇄 실 내외. 일단이 데이터, 컴파일된 그림 13a와같이 시간, t에 대 한 구성 했다. 선형 회귀는 최고의 맞춤 선의 기울기에서 WVTR 계산 하 사용 되었다.
이 테스트에서는 50% 인쇄 밀도 PLA 3D 인쇄 플라스틱 사용 되었다. 테스트 결과 270 µ g/일의 WVTR에 4 h 동안 실행 되었다 (R2 = 0.985). 이는 좋은 유기 소자 모듈12,13에 대 한 요구 사항에 비해 높습니다 하지만 충분 한 전기 테스트 몇 시간21 지속에 대 한 장치 저하를 최소화 하는 (다음 섹션, 장치 참조 저하 테스트). 대조적으로에 표시 된 그림 13b로 새 챔버 했다 855 µ g/일의 WVTR (R2 = 0.99).
속도 가장 투과성 소재23의 확산 계수에 의해 규율 됩니다는 습기는 실로 들어갑니다. 가정 같은 봉인 조건, 챔버 벽에 대 한 다른 자료 WVTR의 다른 값을 얻을 것입니다. 몇 가지 대표적인 재료 및 조건에 대 한 결과 표 1에 요약 되어 있습니다. 전형적인 PLA 챔버는 금속10가공 해당 챔버를 보다 높은 WVTR 있다. WVTR 및 장치 저하 사이의 비례 관계를 가정, 우리를 예상할 수 있는 시험 장치에 대 한 초기 성능 (T80)6,8 의 80% 손실 전에 저장 시간 그 챔버를 사용 하 여 습기를 기준으로 물개 침투 이 지정된 된 구성에 챔버에 대 한 유용성 시간의 대략적인 견적을 제공할 수 있습니다. 이러한 조건 하에서 50% 밀도 PLA 상공 약 3 일에 대 한 어떤 뜻깊은 손실 없이 샘플을 저장할 수 있어야 합니다. 이 상당한 성능 주변 조건에서 스토리지의 이상의 2 주 후에 관찰 되었다 진정한 캡슐화 대조 됩니다.
그것은 또한 N2와 같은 불활성 가스를 흐르는 챔버에 대 한 사용 가능한 시간대를 확장. 이러한 구성에서는 WVTR 50 %PLA 챔버에 대 한 센서의 탐지 한계의 밑에 감소 ( 그림 13b참조). 최소 감지는 ~ 0.1% 상대 습도 변화, 미만 0.13 µ g/일, 추정된 저장 시간에 상당한 증가 WVTR 나왔다. 그러나, 샘플10,27 표명 이전 학문에 있는 6 주 약의 t 90는 글러브. 이 가스 흐름 챔버 구성은 불활성 가스 글러브 환경에 비해, 이것은 샘플 저장에 대 한 가능성이 더 상한 이다. 물 같은 낮은 수준의 WVTR의 더 정확한 측정을 확인 하려면 전기 칼슘 테스트28 같은 더 민감한 검사 더 나은 견적을 사용 해야 합니다.
원하는 경우에 챔버의 추가 테스트, 산소 센서 챔버에 배치 될 수 있습니다. 고 산소 레벨을 주고는 WVTR와 비교 될 수 있습니다. 있는 산소 전송 속도 (OTR), 시간이 지남에 모니터링할 수 있습니다.
| 재료 | DRHint (총 테스트 지속 시간) | WVTR (밀리 그램/일) | 예상된 장치 저장 시간 (일) |
| 50% 밀도 PLA | 1.80% | 271 ± 30 | 3.3 |
| 50% 밀도 PLA (새) | 4.70% | 855 ± 90 | 1 |
| 50% 밀도 N2 흐름 PLA | < 0.1% | < 0.130 | > 7000 |
| 방수 폴리머 | 9.00% | 3064 ± 300 | 0.29 |
| 금속 1 | -- | 90 * | 10 |
| * 외부 상대 습도 대 한 수정 | |||
| 1 리스, [10] | |||
표 1: 챔버 벽 및 봉인 상태에 대 한 몇 가지 대표적인 재료에 대 한 결과. 이 표에서 다양 한 재료의 챔버에 대 한 내부 상대 습도 및 수증기 전송 속도 다양 한 조건에서 총 변화를 보여 줍니다.
그림 13: 수증기 전송 속도 플롯. (한)이이 패널 WVTR 방정식 3를 사용 하 여 결정 하는 데 사용 하는 상대 습도의 변화를 보여줍니다. 종속 변수는 내부 및 외부 센서, 시간에 대 한 플롯의 상대 습도 (RH)의 비율의 단위 자연 로그 ( 대표 결과에 식 3 참조). 감소 사각 선형 회귀선의 기울기는 표 1 에 보고 된 WVTR에 비례 (R2 = 0.99). (b)이이 패널은 다양 한 조건에서 50% PLA 3D 인쇄 챔버에 대 한 상대 습도의 변화를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
장치 저하 테스트:
연속 작업에서 장치 성능에서 저하 테스트, 다이오드 5 V, 전류-전압 곡선으로 어두운 현재 응답 기록-5에서 5 분 마다 전기 강조 했다 했다. 그림 14 의 장치에 대 한 V 4에 전류에서 변화 사이 비교 대 챔버 내부 표준 캡슐화 된 다이오드 테스트를 보여 줍니다. 증가 저항 때문에 챔버에 장치는 캡슐화 된 장치 보다 약간 낮은 초기 전류. 두 장치에 대 한 초기 전류 증가 처음 50 분 동안 관찰 됩니다. 최대 전류 주위 달성 후 50-60 분, 거기 현재 커브에서 전도 이며 현재 감소 하기 시작. 이 동작은 최고 접촉 전극에 얇은 산화물 interlayer의 형성 처음 금속과 유기 반도체6간의 인터페이스 특성 향상이 유형의 장치에 대 한 전망 이다. 이 효과 훨씬 더 더 빠르고 산화를 제안 하는 챔버에 장치에서 발음 됩니다. 이 챔버는 아닙니다 장기 저장에 대 한 캡슐화에 대 한 교체 하지만 휴대용 제어 환경 변화 장치 속성을 측정 하는 데 사용할 수 있는 밑줄. WVTR 감소 하 게 흐르는 불활성 가스와 가스 포트 추가 챔버 내부에 소자의 안정성을 향상 가능성이 것입니다.
장치 스트레스 더 활성 레이어의 상호 작용6,,78,22의 다양 한으로 인해 저하 하기 시작 합니다. 두 소자는 0.3-주위에 표시의 손실의 전류 측정으로 0.4 µ A/분 진행, 하지만 다시, 챔버 저하의 더 높은 속도 보여줍니다. 이 측정 챔버 내부 장치 전기 스트레스 캡슐화 된 장치에 동등 하 게 행동은 밑줄. 그림 14에서 같이, 감퇴 곡선, 시간이 지남에, 정규화 된 전류 변화에 따라 제안 유사한 두 개의 장치에 대 한 지속적인 사용을 위한 T80 (26 h vs. 30 h) 캡슐화 된 장치에 대 한 약간 이상 하지만.
그림 14: 작동 장치 저하. (는)이이 패널은 측정된 전류는 4 V 4 측정 표준 유기 태양 전지 소자에 대 한 모든 5 분입니다. (b)이이 패널 4 V에서 정규화 된 어두운 현재 감퇴 곡선을 보여줍니다, 나 는/내가오, 어디 내가o 는 초기 전류. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
캡슐화 된 유기 소자 (그림 14a)에 대 한 원시 데이터 감퇴 곡선에서 급락 5 분에 걸쳐 첫 번째 및 두 번째 측정 사이 관찰 됩니다. 이 감소 하지 유기 장치는 챔버에 테스트에 대 한 관찰 됩니다. 이것은 가능성이 챔버 내부에 유기 소자를 조합 하 고 캡슐화 장치 측정 될 수 있다 직접 즉시 글러브 환경에서 제거 되 고 따라 하는 반면 ZIF 보드에 연결 시간이 오래 소요 되는 사실의 결과.
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Discussion
균열, 간격, 또는 KF50 클램프를 강화 하 여 수 분 및 산소의 모든 진입을 방지 하기 위해 챔버 씰링 WVTR을 줄일 수는 가난한에 채우기 특성을 피하기 위해 챔버의 인쇄를 포함 하는 재현이 실험에서 중요 한 단계 새, 그리고 샘플 및 적절 한 링 배치를 사용 하 여 최고 약 실 사이 물개를 만드는 방지 하려면 연락처 핀 또는 어떤 피드스루 진공 별 저압 에폭시를 사용 하 여 위쪽 및 아래쪽 챔버 사이 전체 씰링을 달성 하 고 샘플을 크래킹 없이 어떤 누설을 방지 하기 위해 고정 링에 강화 나사와 충분 한 압력. O-링 털 또는 미 립 자, 없이 홈에 완전히 적합 해야 하 고 적절 한 인감10에 대 한 그것의 횡단면의 15-25% 사이 압축 한다. 그것은 또한 좋은 전기 접촉 되도록 및 저압 에폭시를 통해 산소와 수 분 유입에 대 한 경로 방지 챔버 신체에 접촉 핀을 연결할 때 조심 하는 것이 중요. 진공 응용 프로그램에 대 한 실 란 트로는 에폭시는 적절 한 물개를 제공할 것입니다. 그것은 4 측정 하는 동안 어떤 시리즈 저항 손실을 최소화 하기 위해 측정 보드에 연락처 핀을 연결 하는 것이 중요입니다. 챔버에 의해 어떤 습기 흡수 소재에서 탈출 하는 시간이 있다고 보장 하기 위해 사용 하기 전에 적어도 24 h에 대 한 장갑 상자는 불활성 환경 챔버를 저장 합니다. 이것은 챔버 오픈 랩 환경에서 주변 조건에서 몇 일 동안 저장 된 경우에 특히 중요 하다. 연 화 챔버 벽과 챔버 구조를 붕괴의 위험을 피하기 위해, 기체 제거의 과정을 가속 화 하기 위해 챔버가 열 하는 권장 하지 않습니다.
특정 일반적인 문제가이 실험을 재현 하는 경우 발생할 수 있습니다. 챔버 테스트 샘플 보다는 완전히 밀폐 챔버에 직접 누르면 링 인감 사용 때 과도 한 힘은 고정 링을 장착에 사용 되는 샘플을 부 수는. 또한, 미 립 자에 o-링 또는 groove 또는 봉인 관절에 털10장착 시 샘플을 크래킹 하는 것 외에도 좋은 물개를 방지할 수 있습니다. 반지를 장착 하기 전에 o-링과 관절 주의 청소 하는 것은 필수적 이다.
그것은 또한 에폭시 경화 하는 동안 챔버를 녹는 방지 하는 것이 중요입니다. 에폭시 바닥 챔버에 포고 핀 안전에 적용 한 후 건조 과정을 속도를 열 적용에서 후 렴. 이 3D 인쇄 물자를 녹는 발생 합니다 및 따라서 챔버의 미관 손상에서.
연락처 핀 테스트와 보드와의 부적절 한 전기 연결의 사용은 중요 한 문제 이다. 가난한 솔더, 긴 철사 연결, 또는 너무 두꺼운 게이지 와이어의 중요 한, 피할 수 챔버와 테스트 보드와 전기적 연결에 따라 발생 하는 저항 손실 때문 장치 성능 감소 발생할 수 있습니다. 그것은 항상 새로운 챔버 배선 때 챔버 외부 연결의 품질을 확인에 대 한 참조로 캡슐화 된 유기 소자를 만들기 위해 좋습니다. 높은 저항 손실 확률이 높은 장치는 챔버에 적은 전류 또는 단락 전류18 주위 중요 한 기울기의 크기 순서를 표시 하는 경우 (즉, 나sc, V 주위 = 0)와 오픈 회로 전압19 (즉, Voc, 주위 = 0). 이러한 효과 그림 15, 측정 보드에 지원 되지 않는 챔버를 연결 하는 두꺼운 긴 전선의 사용은 지원 목걸이에 비교 하는에 표시 된 함께 포함 된 인터커넥트. 볼 수 있는 지원 칼라를 사용 하 여 이끌어 냈다 2 개의 크기 순서 (그림 15a)의 전류는 증가 하 고 채우기 비율17 증가 22.7%에서 34.6%. 더욱 더 납땜과 배선 설계를 통해 저항 손실을 줄일 수 있습니다.
그림 15: HiRs 4 비교. 이러한 패널 표시 가난 하 고 좋은 연락처와 장치를 위한 전기 측정: (한) 어두운 전류-전압 측정 및 조명 아래 (b) 전류-전압 측정. 삽입 된 사진을 나타내고 가난한 전기 연락처 구성 (왼쪽에 검은 테두리) 좋은 전기 연락처 구성 (오른쪽에 빨간색 테두리) 연결할 연락처 핀 상공에서 테스트 측정 보드입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
3 도움의 손 납땜의 사용 역, 클램프, 그리고 악어 클립 솔더 컵과 포고 핀 보안을 쉽게, 어떤 가난한 연락처 핀에 납땜 하는 것을 방지 접촉 핀을 납땜 게 됩니다. 외부 핀과 컵에 적용 하는 솔더의 비드 임을 너무 커서; 그렇지 않으면, 그것은 아래쪽 챔버에 포함 된 구멍을 통해 적합 하지 것 이다. 내부 봄을 입력 하는 pin을 사용할 수 없게 렌더링 솔더를 일으킬 것 이다 납땜 솔더는 핀의 외부에 배치 되어야 합니다. 멀티 미터를 사용 하 여 핀 및 컵 전기 연결을 확인 합니다.
DHT22 온도 및 습도 센서를 외부 철사를 납땜 할 때 어려움 정밀 어떻게 좁은 핀은, 때문에 필요한 센서에 전선의 가난한 납땜으로 이어지는 결과로 발생할 수 있습니다. 3 도움의 손 납땜 역 또는 클램프 및 악어 클립을 사용 하 여 센서 및 장소에 전선을 확보에 도움이 됩니다. 참고 납땜을 너무 가까이 위치는 시간의 연장된 기간에 대 한 센서에 핀의 떨어지 하 핀 구울 수 있습니다.
제안 된 일반적인 접근 두 가지 주요 제한이 있다 3D 인쇄 대기 챔버를 사용 하 여 여기. 첫 번째는 WVTR 동등한 챔버를 금속에서 가공에 대 한 것 보다 50 %PLA 인쇄 챔버에 대 한 실질적으로 더 높은 이다. 따라서, 챔버의 사용 시간을 늘릴 수 있는 챔버 디자인에 대 한 두 개의 수정 존재 하는 WVTR을 줄이기 위해: 흐르는 불활성 가스 및 건조제 우물. 불활성 가스의 흐르는 있도록 아래쪽 챔버 챔버 디자인의 가스 포트 구성을 사용할 수 있습니다. WVTR 같은 구성에 미만 0.13 µ g/일을 실질적으로 감소 했다. 을 수용 하기 위해 방 바닥 챔버 피드스루 구멍 주위 3 웰 스 있다. 이 우물은 표준 습기와 챔버를 입력 하는 어떤 가스를 흡수 하 여 산소 getter 채울 수 있습니다. 리스 외. 10 발견 혼합와 drierite (둘 다 표준 실험실 방)의 높은 표면 지역 Getter 금속 실 0.5 µ g/일을 위한 WVTR 감소 하기에 충분 했다.
두 번째 제한 챔버, 포고 핀 사용 고 동등한 캡슐화 된 장치에 비해 높은 접촉 저항 손실을 보여줍니다 항상 측정 보드 연결 배선. 그림 12b 있고 ZIF 테스트 보드에 직접 연락 같은 장치에 비해 챔버에는 장치에 대 한이 동작을 보여 줍니다. 이 소자의 특성의 해석에 대 한 의미를 가질 수 있습니다. 모든 노력을 통해 적절 한 배선 및 납땜이 자연의 손실을 제한 하 되어야 합니다. 그림 15에서처럼 챔버와 ZIF 테스트 보드와 배선 연결을 개선 하 여 손실을 크게 줄일 수 있다. ZIF 테스트 보드에 직접 맞는 구리 철사와 함께 포함 된 사용자 정의 3D 인쇄 칼라를 사용 하 여, 장치 성능 크게 개선 되었다. 더 나은 연결 구성 이나 다른 테스트 보드 추가 개선 수 있습니다.
추가 제한은이 프로토콜에서 설명 하는 챔버 디자인 하지만 챔버 구성을 변경 하 여 사용 하는 그들의 자신의 디자인을 채택 하는 연구자에 의해 완화 될 수 있습니다. 모든 유기 장치 ( 그림 1에서 같이) 제공 된 CAD 파일에 의해 지정 된 대로 챔버와 함께 테스트 40 m m 직경에 크기에서 제한 된다. 조명 수 총 활성 영역 또한 상단 챔버에 창 크기에 의해 제한 됩니다. 반면 4 픽셀 디자인 18 m m 원 안에 노출 하는 모든 픽셀 6 픽셀 디자인 픽셀의 차단 두 여 가기 챔버에 대 한 타원형 모양을 필요 합니다.
이 프로토콜을 구축 하 고 작은 휴대용 챔버, Resse 외. 에 의해 원래 디자인에 따라 테스트 접근 설명 10. 우리 3D 인쇄를 사용 하 여 챔버 부품을 생산 하 여 저렴 하 고 더 다재 다능 한 만드는이 디자인을 적응 했습니다. 다른 프로토콜에 관하여 의미 그것의 간명, 적응성 및 접근성에 있다. 3 차원 가공 보다는 오히려 인쇄를 사용 하 여 유틸리티의 기본 디자인을 유지 하면서 샘플 또는 환경 요구 사항 변화에 신속 하 고 비용 효율적인 조정 수 있습니다. 이 기여에 생산할 수, 유기 장치 및 다양 한 가스 흐름 입구 포트에 대 한 다른 픽셀 레이아웃을 포함 하 여 챔버의 제안 된 3 개의 유사 콘텐츠 있습니다. 낮은 비용 및 3D 인쇄를 사용 하 여 생산의 속도 빠르게 다른 픽셀 레이아웃, 확장된 장치 크기, 여분의 포트 및 추가 센서를 포함 하 여 그들의 자신의 목적에 맞게 디자인을 수정 하는 연구자를 허용할 수 있습니다.
이 챔버에 대 한 3D 인쇄를 사용 하기 위한 주요 근거는 사용자의 특정 요구에 맞게 챔버 디자인의 증가 다양성에 대 한 허용 했다. 이 본질적으로 수정 쉽게는 큰 유기 장치 또는 모듈 디자인, 다양 한 미래를 주는 유기 장치 레이아웃을 변화 하는 다른 측정 기능을 추가 확장에서 주어진된 목적에 맞게 만들 수 있습니다 의미 응용 프로그램입니다. 우리는 더욱 이러한 챔버의 사용을 확장 하는 두 가지 가능한 발전을 제안 합니다. 그들은 장치 레이아웃을 변경 하 고 온도 제어 하는 기능을 포함 합니다.
장치 변경 하려면 레이아웃, 같이 위의 그림 1 과 그림 4, 챔버에 나와 4 및 6 픽셀 약 실 구성에 대 한는 에서 사용할 수 있는 CAD 파일을 사용 하 여 다른 유기 장치 픽셀 레이아웃을 쉽게 적용할 수 있습니다. 보충 정보. 바닥 챔버에 전기 피드스루 구멍의 위치는 적절 한 유기 장치 구성에 맞게 신중 하 게 다시 설계 해야 합니다. 고정 링 상단 챔버에 그것을 확보 하기 위하여 유기 소자의 모서리와 겹치는 및, 따라서, 전기 연결 배치 해서는 안됩니다 그 지역에. 최고 챔버 장치에 의해 빛의 흡수/방출 수 있도록 구멍이 있다. 이 챔버 테스트 모든 유기 소자는, 따라서,이 지역 밖에 없는 영역에서 활성 재료를 제한. 반면 4 픽셀 디자인 18 m m 원 안에 노출 하는 모든 픽셀 6 픽셀 디자인 픽셀의 차단 두 여 가기 챔버에 대 한 타원형 모양을 필요 합니다. 케어 홈을 필요한 경우 새로운 o-링에 맞게 충분히 깊은 주의가 필요. 리스 외. 10 표시 된 o-링 적절 한 인감에 대 한 그것의 횡단면의 15-25% 사이 압축 한다. 특정 디자인 없이 위쪽 및 아래쪽 챔버에 대 한 일부 CAD 파일 또한 그들의 자신의 디자인을 개발에 모든 연구원을 원조 하는 보충 정보 에 포함 됩니다.
챔버로 디자인을 기반으로 한 표준 진공 피팅 한 KF50을 중심으로 가스 켓에-위쪽 및 아래쪽 챔버 사이 좋은 물개를 위해, 그것은 직경에서 40 m m 보다 작은 장치를 수용 하기에 적합. 더 큰 크기에 확장 하는 것은 동일한 중심 가스 켓 디자인을 사용 하 여 ISO 시리즈, 다른 상용 진공 플랜지 구성을 사용 하 여 가능 합니다. 테스트 하 고 인증 상용 인감을 사용 하 여 반복적으로 인감10의 무결성에 대 한 우려 없이 챔버를 쉽게. 디자인 하는 경우 더 많은 공간을 통합 하기 위하여 변경 될, 수는 수증기와 산소의 전송을 증가 또한 챔버의 크기를 증가.
일반적으로 유기 디바이스의 모든 테스트 IV 특성화14동안 온도 제어를 통합 하지 않습니다. 유기 소자 성능 및 안정성 높은 온도6,,78에 의존으로이 문제가 발생할 수 있습니다는 상당한 comparability에 보고 된 실험실 테스트의 재현성 결과14. 유기 장치29,30 에 대 한 표준 테스트 프로토콜을 확립 하려고 온도 측정 및 제어 어떤 전자 테스트 구성에 내장 해야 것이 좋습니다. 이 문제를 해결 하려면 대기 챔버 두 수정 있다.
첫 번째, 열전대 프로브 피드스루 이미 장치 중심에서 추가 접촉 핀으로 사용할 수 있는 디자인에 구현 (파란색 점 그림4에서 참조). 이 옵션은 장치에 걸쳐 그라디언트에서 픽셀 온도 측정에 있는 부정확을 최소화 하기 위해 센터에 위치 합니다, 비록 열전대도 이동할 수 있습니다 고정 링으로 전기 측정을 방해할 수 없습니다. PLA의 낮은 열 전도도 같은 수정 고정 링에 대 한 금속 사용을 요구할 수 있습니다 의미 합니다.
온도 제어 하는 방법에 대 한 두 번째 최고 챔버에 적용 된 열전 냉각/가 열 반지입니다. 그림 16와 같이 열/냉각 링 세라믹 카트리지 방출 또는 열, 낭비 상단 챔버의 외면에 적용할 수 있습니다. 반지는 난방 또는 냉각 챔버에 배치 하는 쪽을 반대로 하면 사용할 수 있습니다. PLA의 낮은 열 전도도 때문에이 메서드는 금속 등의 높은 열 전도성 최고 챔버 재료에 대 한 효과적인만.
그림 16: 냉각 챔버의 분해 뷰. 이 패널 냉각 반지와 파란색으로 표시 된 열 싱크 배치 테스트 챔버 어셈블리의 분해 뷰를 보여 줍니다. Note는 최적의 성능을 위해 막대 열 싱크 배치 해야 주위 뿐 아니라 명확성을 위해 여기에 표시 된 두 링의 직경. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
열을 효과적으로 낭비 하기 열 싱크 및 팬도 사용 해야 작업 중. 최적의 성능을 위해 방열판 커버 영역을 최대화 하기 위해 냉각 링 주위 두어야 한다. 강한 팬 들이 더 나은 성능을 제공할 것입니다 하지만 어떤 팬을 사용할 수 있습니다. 열 전도성 에폭시와 냉각 반지와 방열판의 응용 프로그램을 수행할 수 있습니다. 대부분 에폭시 아세톤으로 제거 될 수 있다, 하는 동안 에폭시 열 싱크에서 제거할 수 있습니다 및 링 전에 열 하는 경우 응용 프로그램은 필요한 있는지 확인 합니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
저자 피터 Jonosson 언스 새로운 미디어 센터는 챔버의 3D 프린팅에 대 한 인정합니다. 이 연구는 RGPIN 436100-2013, ER15-11-123, McMaster 학장의 엔지니어링 우수성 학부 여름 연구 수상, 그리고 대학생 연구 기회 프로그램에 의해 지원 되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ORION DELTA DESKTOP 3D PRINTER RTP | SeeMeCNC | 87999 | Known in Report As: 3D Printer |
| 1.75 mm PLA Filament | SeeMeCNC | 50241 | Known in Report As: PLA |
| Somos® WaterShed XC 11122 chamber | Somos | printed at Custom Prototypes, Toronto. | https://www.dsm.com/products/somos/en_US/products/offerings-somos-water-shed.html Known in Report As: Water resistant polymer |
| CURA | CURA | https://ultimaker.com/en/products/cura-software Known in Report As: slicing software |
|
| Soldering iron with 600° F tip | Weller | WTCPT | |
| Xtralien X100 Source Measure Unit | Ossila | E561 | Known in Report As: SMU |
| ZIF Test Board for Pixelated Anode Substrates | Ossila | E221 | Known in Report As: Zero insetion force/ZIF Test Board; |
| BNC Cable | |||
| Generic USB A - B | |||
| Generic USB A - Micro | |||
| #12 O-Ring | Source unkown Known in Report As: o-ring |
||
| 116 Butyl O-Ring | Global Rubber Products | 116 VI70 | Bought in-store Known in Report As: o-ring |
| Retaining ring | McMaster | NA | 3D printed in-house |
| Bottom Chamber | McMaster | NA | 3D printed in-house |
| Top Chamber | McMaster | NA | 3D printed in-house |
| KF50 Cast Clamp (Aluminum) | Kurt J. Lesker | QF50-200-C | |
| KF50 Centering Ring (Aluminum) | Kurt J. Lesker | QF50-200-BRB | |
| Sn60/Pb40 Solder | MG Chemicals | 4895-2270 | |
| #4-40 x 3/16" machine screw | Hardware store | ||
| #4-40 IntThrd Brass TaperSingleVane Insert For Thermoplastic | Fastenal | 11125984 | Fastenal requires to be affiliated with company/university Known in Report As: #4-40 brass tapered threaded insert |
| Varian Torr Seal Vacuum Equipment High Vacuum Epoxy | Vacuum Products Canada Inc. | Known in Report As: low-pressure epoxy | |
| Smiths Interconnect/IDI Contact Probes HEADED RADIUS | Mouser Electornics | 818-S-100-D-3.5-G | Known in Report As: pogo pin |
| Smiths Interconnect/IDI Contact Probes Receptacle Solder Cup | Mouser Electornics | 818-R-100-SC | Known in Report As: solder cup |
| 1/4" Teflon Tubing | Hardware store | ||
| Teflon tape | Hardware store | ||
| 1/4" Tube x 1/8" Male NPT Nickel Plated Brass Push-to-Connect Connector | Fastenal | 442064 | Not the same ones used for this study, but are fuctionally equivalent Known in Report As: push-to-connect pneumatic connector |
| 1/8" NPT Tap and T-wrench | Hardware store | ||
| 1/4" Tube Push-to-Connect Manually Operated Valves | Fluidline | 7910-56-00 | Known in Report As: manually operated push-to-connect valves |
| Adafruit DHT22 Humidity Sensor (small) | Digi-Key | 385 | Known in Report As: internal humidity sensor |
| Adafruit DHT22 Humidity Sensor (large) | Digi-Key | Known in Report As: external humidity sensor | |
| Arduino Uno | Arduino | ||
| Glovebox environment | |||
| 10 kOhm Resistor | |||
| Oscilla Xtralien Scientific Python IDE | Oscilla | https://www.ossila.com/pages/xtralien-scientific-python Known in Report As: Python IDE |
References
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