Vi præsenterer her, en protokol for konstruktion, fremstilling og brug af en simpel, alsidig 3D-trykt og kontrolleret atmosfæriske kammer til optisk og elektriske karakterisering af luft-følsomme økologiske optoelektroniske enheder.
I dette manuskript, vi redegøre for fremstilling af et lille, transportabel, nem at bruge atmosfæriske kammer for økologiske og perovskite optoelektroniske enheder, ved hjælp af 3D-udskrivning. Da disse typer af enheder er følsomme over for fugt og ilt, kan sådan et kammer støtte forskere i kendetegner egenskaberne elektronisk og stabilitet. Salen er bestemt til at blive brugt som en midlertidig, genanvendelige og stabile miljø med kontrolleret egenskaber (herunder fugtighed, gas introduktion og temperatur). Det kan bruges til at beskytte luft-følsomme materialer eller udsætte dem for forurenende stoffer på en kontrolleret måde for nedbrydningstestene. For at karakterisere egenskaberne for sal, skitsere vi en enkel procedure for at afgøre den vanddamp transmission sats (WVTR) ved hjælp af relativ luftfugtighed målt ved en standard fugtighed sensor. Denne standard operating procedure, ved hjælp af en 50% infill tæthed af polylactic syre (PLA), resulterer i et kammer, der kan bruges til uger uden væsentlig tab af enhedsegenskaber. Alsidighed og brugervenlighed af kammeret tillader det tilpasses til enhver karakterisering tilstand, der kræver en kompakt-kontrolleret atmosfære.
Økologisk og perovskite optoelektroniske enheder, solceller og lysemitterende dioder baseret på π-konjugeret halvledende organiske molekyler og organometal halogenider er et hastigt voksende forskningsfelt. Organisk lysemitterende dioder (OLED) er allerede et større teknologiske element i belysning og viser1, og organiske solceller er begyndt at opnå effektivitetsgevinster, der gør dem konkurrencedygtige med amorf silicon2. Den seneste hurtige forfremmelse af perovskite-baserede enheder for lys absorberende og lysemitterende programmer3,4,5 antyder, billig, let forarbejdede enheder er sandsynligvis snart finde udbredt installation. Men alle disse teknologier lider en følsomhed til luftforurenende stoffer, især fugt og ilt, som begrænser deres effektive levetid6,7,8,9.
For forskere at studere sådanne systemer, kan det være nyttigt at have en fleksibel, let at bruge, bærbare og genanvendelige kammer at beskytte sådanne følsomme materialer eller udsætte dem for forurenende stoffer i en kontrolleret måde10,11. Selv om det er muligt at anvende et handskerum til karakterisering af luft-følsomme enheder, kan disse store, dyre, og fast placering, inert miljøer være uforenelig med den brede vifte af karakterisering, der måtte være nødvendige. At give en transportabel alternative, Reese et al. 10 foreslået, en lille metal kammer baseret på en standard vakuum flange egnet til elektrisk og optisk karakterisering af økologiske enheder. Vi har tilpasset dette design gør det billigere og mere alsidig ved hjælp af 3D-udskrivning til at producere komponenterne kammer. Brugen af 3D-udskrivning i stedet for bearbejdning, giver mulighed for hurtig og omkostningseffektiv justeringer af skiftende prøve eller miljømæssige krav fastholdes nytten af det grundlæggende design. I dette bidrag, vi skitsere proceduren for at gøre sådan et kammer, og bruge det til at udtrække de aktuelle spænding Karakteristik af en økologisk diode enhed.
En god indkapsling af økologiske og perovskite enheder skal have WVTRs af 10-3 – 10-6 g/m2/dag for langsigtet enhed stabilitet12,13, at sikre lille vandindtrængning i den økologiske enhed selv i meget barske betingelser. Som Parlamentet er designet til at være en kontrolleret miljø til test formål snarere end en langsigtet opbevaring eller encapsulation metode, er kravene til en effektiv kammer ikke så strenge. Salen bør kunne opretholde enhedsegenskaber inden for en rimelig tidsramme at udføre karakterisering eksperimenter. Standardprocedure for at bruge PLA resulterer i et kammer, som kan bruges i flere dage eller endda uger med en indbygget gasflow, uden betydelige tab af enhedens egenskaber.
Ændre materialer, eller selv form og størrelse af selve salen kan drastisk påvirke indtrængen af forurenende stoffer fra luften i kammeret. Indtrængen af fugt og ilt skal derfor overvåges omhyggeligt for hvert design at fastlægge effekten af salen. Vi, skitsere desuden til fabrikation af kammeret, en simpel procedure til bestemmelse af WVTR af kammeret, ved hjælp af en kommercielt tilgængelig fugtighed sensor, for at fastsætte en tidsfrist for brugen af salen til eksperimenter.
Sådan en enkel, men alsidig afdeling giver mulighed for flere typer af forsøg skal udføres. De kan fungere som inert atmosfære miljøer uden for handskerum, egnet til elektrisk og optisk beskrivelser gennem den elektriske feedthrough havne og vindue. Deres portabilitet tillader dem at anvendes med standard elektriske karakterisering udstyr uden for laboratoriet hvor de blev fremstillet, hvilket er nyttigt i round robin test for pålidelighed14 eller at få certificeret målinger af enheden ydeevne15. Disse kamre er også særligt nyttige for at studere virkningerne af indførelsen af forurenende stoffer til kontrolleret nedbrydningstesten, med simple ændringer. Brugen af 3D udskrivning tillader en betydelig og hurtig tilpasningsevne til skiftende enhed layouts, størrelser, eller testkrav.
De kritiske trin i at genskabe dette eksperiment omfatter udskrivning af kamre til at undgå revner, huller eller dårligt i fyld karakteristika, som kan mindske WVTR, forsegling i salen for at forhindre enhver indtrængen af fugt og ilt ved at stramme KF50 klemmen til opnå en fuld forsegling mellem de øverste og nederste kamre, ved hjælp af et vakuum-rated lavtryks epoxy omkring de kontakt stifter eller nogen feedthroughs for at forhindre nogen utætte, og skabe en forsegling mellem prøven og øverste kammer ved hj?…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne erkender Peter Jonosson og Lyons nye Media Center for 3D-printning af afdelingerne. Denne forskning blev støttet af 436100-2013 RGPIN, ER15-11-123, den McMaster Dean of Engineering Excellence Undergraduate sommer forskning Award og Undergraduate Research muligheder Program.
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 |