Een 3D-gedrukte kamer voor organische opto-elektronische apparaat afbraak testen

Organische en perovskiet opto-elektronische apparaten, zonnecellen en lichtgevende dioden gebaseerd op π-geconjugeerde halfgeleidende organische moleculen en organometaal halogeniden zijn een snel groeiende gebied van onderzoek. Organische lichtgevende dioden (OLED) zijn al een grote technologische element in verlichting en¹weergegeven, en organische fotovoltaïsche zijn begonnen om efficiëntie waardoor ze concurreren met amorf silicium². De recente snelle vooruitgang van perovskiet-gebaseerde apparaten voor licht absorberen en lichtgevende toepassingen^3,4,5 suggereert dat goedkope, gemakkelijk verwerkt apparaten waarschijnlijk zijn te snel vinden wijdverspreide implementatie. Echter, alle van deze technologieën last van een gevoeligheid voor atmosferische verontreinigingen, met name vocht en zuurstof, waardoor hun effectieve levensduur^6,7,8,9wordt beperkt.

Voor onderzoekers bestuderen van dergelijke systemen, kan het nuttig zijn om een flexibele, easy-to-use, draagbare en herbruikbaar kamer ter bescherming van dergelijke gevoelige materialen of hen blootstellen aan contaminanten in een gecontroleerde manier^10,11. Hoewel het mogelijk is te gebruiken van een handschoenenkast voor de karakterisering van lucht-gevoelige apparaten, is deze grote, dure, en vaste-locatie, inerte omgevingen mogelijk niet compatibel met het brede scala van karakterisering die nodig zouden kunnen zijn. Om een draagbare alternatief, Reese et al. ¹⁰ voorgesteld een kleine metalen kamer op basis van een standaard vacuüm flens geschikt voor de elektrische en optische karakterisering van biologische apparaten. Wij hebben dit ontwerp aangepast zodat het goedkoper en veelzijdiger met behulp van 3D-printing voor de productie van de onderdelen van de kamer. Het gebruik van 3D-printing, in plaats van machinale bewerking, zorgt voor snelle, rendabele aanpassingen aan de veranderende monster of milieueisen met behoud van het nut van het basisontwerp. In deze bijdrage, wij een overzicht van de procedure voor het maken van een dergelijke kamer en gebruiken voor het uitpakken van de stroom-spanning-eigenschappen van een organische diode apparaat.

Een goede inkapseling van organische en perovskiet apparaten moeten WVTRs van 10^-3 - 10^-6 g/m2/dag voor lange termijn apparaat stabiliteit^12,13, om weinig water binnendringen in het biologische apparaat zelfs in zeer barre omstandigheden. Zoals dit Parlement is ontworpen als een gecontroleerde omgeving voor het testen van de doeleinden in plaats van een lange termijn opslag of inkapseling methode, zijn de eisen voor een effectieve kamer niet zo streng. De kamer moet kunnen handhaven de apparaateigenschappen binnen een redelijke termijn uit te voeren van de experimenten van de karakterisering. De standaard gebruiksprocedure van het gebruik van PLA resulteert in een kamer die kan worden gebruikt voor meerdere dagen of zelfs weken met een opgenomen gasstroom, zonder een significant verlies van de apparaateigenschappen.

Wijzigen van de materialen, of zelfs de vorm en de grootte van het lichaam van de kamer kunnen drastische gevolgen hebben voor de penetratie van verontreinigingen vanuit de lucht in de kamer. Daarom moet het binnendringen van vocht en zuurstof worden zorgvuldig gecontroleerd voor elk ontwerp om te bepalen van de werkzaamheid van de kamer. Wij bovendien aan de fabricage van de kamer, een overzicht van een eenvoudige procedure voor het bepalen van de WVTR van de kamer, met behulp van een commercieel beschikbare vochtigheid sensor, om een tijdschema voor het gebruik van de zaal voor experimenten.

Een eenvoudige, maar toch veelzijdige kamer kunt voor meerdere soorten experimenten worden uitgevoerd. Ze kunnen handelen als inerte atmosfeer omgeving buiten de ' glovebox ', geschikt voor elektrische en optische karakterisaties via de havens van de elektrische feedthrough en venster. Hun draagbaarheid kan ze worden gebruikt met standaard elektrische karakterisering apparatuur buiten het lab waar zij werden vervaardigd, die nuttig is in ronde robin testen voor betrouwbaarheid¹⁴ of verkrijgen van gecertificeerde metingen van het apparaat prestaties¹⁵. Deze kamers zijn ook bijzonder nuttig voor het bestuderen van de gevolgen van de invoering van contaminanten voor gecontroleerde afbreekbaarheidstests, met eenvoudige aanpassingen. Het gebruik van 3D printen maakt een belangrijke, snelle aanpasbaarheid aan apparaat lay-outs, maten, wijzigen of testvoorschriften.

1. de 3D Print kamer delen

Opmerking: Alle printer voorbereiding, "slicer" software-instellingen en print parameters zijn specifiek voor de printer die is aangegeven in de Tabel van materialen. Er is een breed scala aan 3D-printers, elk met hun eigen set van voorbereiding stappen en optimale parameters. Er is ook een breed scala aan kleuren mogelijk voor de gloeidraad van de polymeer gebruikt voor de gedrukte delen. Het is niet verplicht de dezelfde plastic gebruiken voor elk onderdeel.

1. Selecteer de overeenkomstige .stl bestanden op basis van de configuratie van de gewenste kamer.
   Opmerking: Deze configuraties worden gedetailleerd beschreven in Figuur 1, samen met een geëxplodeerde weergave van een complete kamer-configuratie.
2. De segmenteringshulplijnen software instellen de .stl-bestanden te converteren naar .gcode-bestanden die de printer zal lezen.
   1. Download de segmenteringshulplijnen software dat wordt vermeld in de Tabel van materialen.
   2. Selecteer de printer in gebruik door te navigeren naar de andere en de printer zoeken in gebruik.
   3. Navigate to instellingen > Printer > Printers beheren > Instellingen van de computer en de instellingen wijzigen, zoals weergegeven in Figuur 2.
3. De .stl-bestand converteren naar een bestand .gcode met de gebruiker gewenste parameters met de segmenteringshulplijnen software.
4. De geconverteerde .gcode bestand opslaan op de SD-kaart en plaatst u deze in de 3D-printer.
5. De 3D-printer voorbereiden op gebruik.
   1. Betrekking hebben op het afdrukken bed met blauwe masking tape. Zorgen zijn er geen scheurt, luchtbellen, of ongelijke oppervlakken door een object van het type creditcard uit te voeren over het oppervlak.
   2. Niveau het printer bed indien nodig. De methode verschilt per printer, en kan worden onderzocht.
6. Navigeer naar het afdrukken van SD-kaart op het display van de 3D-printer en selecteer het gewenste bestand.
   Opmerking: De printer zal, op het eerste, warmte van haar bed en mondstuk, en dan de afdrukken zal beginnen.
7. Herhaal stap 1.3-1.6 voor elk onderdeel moet worden afgedrukt.

Figuur 1: de tafel van een configuratie met een geëxplodeerde weergave van de testkamer. (een) deze tabel toont de .stl bestanden voor verschillende configuraties van de kamer. De rijen Toon 3D-gerenderde schema van de variaties op elk deel van de kamer moet worden afgedrukt. De kolommen geven de benodigde onderdelen om te voltooien van een enkele kamer. Merk op dat een kamer zal een beneden kamer of een kamer beneden met gas poorten, niet beide. (b) dit paneel toont een uitgelichte CAD-weergave van een afgedrukte kamer voor een 4-pixel IV testconfiguratie. Rekening mee dat de O-ring, de organische apparaat en de KF50-centreren pakking niet 3D afgedrukt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 2: 3D printerinstellingen. Dit is een screenshot van de instellingen van de vereiste machine in de segmenteringshulplijnen software voor de productie van de 3D-gedrukte onderdelen voor de kamers. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

2. de bovenste kamer-vergadering

1. Draadinserts toevoegen aan bovenste kamer (Zie Figuur 3b voor informatie over het toepassen van draadinserts).
   1. 4 te onttrekken boorgaten van 0.404 cm diameter (grootte 21 imperial) tot een diepte van 0.397 cm (5/32 in) in de 4 pilot gaten in de onderkant van de afgedrukte top kamer (Zie Figuur 1a).
   2. Plaats een messing-tapered schroefdraad invoegen met een #4-40 rode draad grootte (0.248 cm in diameter) in het geboorde gat met de kleinere diameter naar beneden.
   3. Een soldeerbout inschakelen. Bij verhitting tot ongeveer 330-350 ° C, druk op de soldeerbout tip om de schroefdraad insert en nominale druk van toepassing als de insert het plastic verwarmt om het uit te glijden in de bereid gaten. Houden pressiemiddel (zodat het invoegen recht naar beneden gaat) tot de bovenz─│de van het donormateriaal en het gezicht van de onderkant van de bovenste kamer zijn ongeveer 1 mm uit elkaar.
   4. Druk licht op de rand van een passer tegen de bovenz─│de van de insert terwijl het plastic nog heet om ervoor te zorgen het spoelen met het gezicht van de onderkant van de bovenste kamer. Laat 1 minuut voor de plastic afkoelen voordat u verdergaat.
   5. De uitlijning van de inzetstukken zorgen door het plaatsen van de borgring over het invoegen en controleren om te zien als de gaten line-up. Zie Figuur 3 c.
   6. Herhaal de procedure stappen 2.1.2 - 2.1.5 voor alle 4 inzetstukken.
2. Invoegen en druk op de grootte-116 butyl O-ring in de circulaire groef in de onderkant van de bovenste kamer.
3. Het organische apparaat bovenop de O-ring plaatsen (Zie Figuur 4 voor de details van de 2 mogelijke pixel patronen).
   Opmerking: Een enkel biologische apparaat kan worden samengesteld uit een aantal afzonderlijke diodes die zelfstandig kan worden gemeten. Deze worden aangeduid als "pixels." De patronen in Figuur 4 vertegenwoordigen de richting van de organische inrichting zoals het moet worden geplaatst in de bovenste kamer. De inkeping aan de kant van de kamer moet zich links bevinden van het organische apparaat (4-pixel) of onder het biologisch apparaat (6-pixel) (ten opzichte van de merken van de oriëntatie op de patronen in Figuur 4).
4. In de omgeving van een handschoenenkast, zet vast de borgring in de bovenste zaal door de schroeven van de vier 4-40 draad schroeven (0.248 cm in diameter, 0.478 cm in lengte) via de borgring in de schroefdraad inserts. Druk op het apparaat tussen de borgring en de O-ring. Nemen uiterste zorg niet te kraken van het apparaat door de schroeven van de schroeven incrementeel, een-achtste te gaan elke keer omdraaien.
   Opmerking: Om te kunnen garanderen van een voldoende zegel, Controleer dat de O-ring tegen rondom het apparaat met een 15-25%-compressie wordt aangedrukt.

Figuur 3: het monteren van de bovenste kamer. (een) dit paneel toont een gedemonteerde 4-pixel bovenste kamer. (b) dit paneel toont de toepassingvan draadinserts in de bovenste zaal met een soldeerbout. (c) dit paneel toont gedeeltelijk geassembleerde top kamer onderdelen de uitlijning van de borgring in de bovenste zaal (merk op dat de O-ring en de schroeven niet zichtbaar zijn voor de duidelijkheid) tonen. Verschillende kleuren van PLA plastic werden gebruikt voor het afdrukken van verschillende delen; Deze hebben geen effect op de prestaties van de kamer. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 4: mogelijk device pixel patronen voor een pin lay-out. Deze panelen tonen de lay-out van het organische zonnecel of light - emitting diode apparaat gebruikt voor het aanwijzen van de contactpen posities voor (een) een 4-pixel en (b) een 6-pixel IV testconfiguratie kamer. Elke pixel wordt genummerd met een verwijzing naar de geaardheid merken (groene sterren) voor hun juiste plaatsing in de zaal. Zwarte en rode cirkels vertegenwoordigen de kathode en anode contacten (dat wil zeggen, pin posities), respectievelijk. Merk op dat voor de configuratie van de 6-pixel de bovenste twee pixels worden gemaskeerd door de opening in de bovenste kamer en niet genummerd als slechts vier pixels kunnen worden getest bij verlichting of emissie. (c) dit paneel toont de richting van een 6-pixel inrichting ten opzichte van de onderkant van de 6-pixel kamer met haar standpunten van de pin aangegeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

5. Laat de geassembleerde top kamer in de omgeving van een handschoenenkast voor ≥ 24u zodat vocht wordt geabsorbeerd door de kamer om te ontsnappen aan het materiaal. Ga verder met stap 3 terwijl we wachten.

3. de onderste kamer vergadering

Opmerking: Voer alleen stap 3.1 als een configuratie met een beneden kamer met gas flow poorten nodig is.

1. Pneumatische aansluitingen duw-aan-sluit voor een gasstroom van inert toevoegen aan de onderste kamer met gas flow poorten (Zie Figuur 5).
   1. Met behulp van een 1/8 in middelgrote nationale Pipe Thread (NPV) kraan met een hand T-sleutel, tikt u op beide gaten gelegen aan de kant van de zaal van de bodem met de gas flow havens. Ervoor te zorgen dat het gat om te worden aangeboord verticaal is en de zaal is stevig op hun plaats gehouden, plaats de kraan in het gat.
   2. Met behulp van de T-moersleutel aangesloten op de kraan, langzaam draai de sleutel rechtsom, ervoor te zorgen dat de kraan blijft verticale en bekleed omhoog met het gat als de draden worden gevormd. Elke 5 beurten, draai de sleutel linksom een volledige draai en draai dan een andere 5 beurten, herhalen totdat een draad is gesneden aan de onderkant van het gat.
   3. Wikkel de Teflon tape rond de 2-pneumatische duw-aan-sluit connectoren door inwikkeling van de tape linksom rond de draden (als de montage van bovenaf bekijken zoals het is geschroefd) 2 x.
      Opmerking: Voor meer informatie, Raadpleeg een machinists te tikken handleiding.
   4. Schroef de pneumatische aansluitingen in de tikte gaten, met behulp van een moersleutel te scherpen hen. Wees voorzichtig niet te overtighten en barst van de plastic.
   5. Toepassing lagedruk epoxy rond de zittende hulpstukken. Op een stuk van folie, kunt een popsicle stok Meng 2-delige basis hars met 1-delige verharder (beide zijn meegeleverd). Dit mengsel is de epoxy.
   6. Met behulp van een tandenstoker, breng een laag epoxy in en rond de ruimte tussen de onderkant zaal met de gas flow havens en de armaturen. Laat de epoxy te zitten voor 1-2 h voor de hars te verharden bij 25 ° C. Voor een volledige genezing, laat de epoxy te rusten gedurende 24 uur bij 25 ° C. Ervoor zorgen dat de ingestelde hars is wit en solide wanneer gedrukt.
      Let op: Epoxy verharder en epoxyhars veroorzaken brandwonden en irritatie van de ogen en de huid. Epoxy kan een allergische huid of de luchtwegen reactie veroorzaken. Het kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken. Het kan schadelijk zijn als slikte of geabsorbeerd door de huid. Zorg voor voldoende ventilatie en Vermijd elk contact met de huid en kleding. In de damp niet inademen. Draag een veiligheidsbril en handschoenen als u met epoxy.
   7. Gecombineerd met de pneumatische aansluitingen van de duw-aan-sluit de handbediende duw-aan-sluit kleppen met 2 cm stukken van Teflon slangen. De diameter van de buis moet overeenkomen met die wordt vereist door de duw-aan-sluit-connector gebruikt.

Figuur 5: een geassembleerd kamer met gas poorten. Dit paneel toont een volledig geassembleerde kamer met inbegrip van een kamer beneden met gas-poorten. De poorten van de duw-aan-sluit gas ingebed in de beschikbare gaten in de zaal zijn aangesloten op buizen met gas flow regelafsluiters waarmee de invoering van gas. Merk op dat de contactpunten voor de duidelijkheid worden weggelaten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

2. Elektrische contactpunten toevoegen aan de onderste kamer voor een huidige meting van de spanning (IV) (Zie Figuur 6).
   1. 6-7 mm van het smalle einde van een pogo-pins invoegen de contrasteker van een soldeer cup. De combinatie van deze 2 delen staat bekend als een contactpen. Met behulp van soldeer helping hands helping hands, beide delen van de contactpen horizontaal opschorten.
   2. De soldeerbout inschakelen. Bij verhitting tot ongeveer 330-350 ° C, raak het ijzer op het gebied van de verbinding tussen de pogo-pin en de soldeer cup.
   3. Terwijl het nog steeds het aanraken van het ijzer naar het gebied, druk het soldeer de verbinding-regio. Als het heeft genoeg verwarmd, zal het soldeer smelten. Zorg ervoor er een dun laagje van soldeer tussen de twee delen helemaal rond de buitenkant van de contactpen te bedekken. Zorg ervoor dat het soldeer is glad met geen hobbels. Zie Figuur 6b.
   4. Schuif de contactpen in 1 van de gaten in de onderkant van de onderste kamer. Schuif de contactpen dus dat 2,2 cm van het einde van de cup soldeer is uitsteken van de bodem van de kamer van de bodem.
      Opmerking: De soldeer cup moet vasthouden uit de bodem van de onderste kamer terwijl de pogo-pins naar de binnenkant van het onderste kamer moet.
   5. Dekking voor verzegeling, de regio waar de contactpen werd ingevoegd in de plastic met lagedruk epoxy geschikt voor vacuüm toepassingen. Op een stuk van folie, kunt een popsicle stok Meng 2-delige hars met 1-delige verharder totdat het mengsel uniforme verschijnt.
   6. Gebruikt een tandenstoker, passen de epoxy rond de contactpen en gat te elimineren de mogelijkheid van lucht binnendringen. Laat 1-2 h voor de hars te verharden bij 25 ° C. Voor een volledige genezing, laat de epoxy te rusten gedurende 24 uur bij 25 ° C. Ervoor zorgen dat de ingestelde hars is wit en solide wanneer gedrukt.
      Let op: Epoxy verharder en epoxyhars veroorzaken brandwonden en irritatie van de ogen en de huid. Epoxy kan een allergische huid of de luchtwegen reactie veroorzaken. Het kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken. Het kan schadelijk zijn als slikte of geabsorbeerd door de huid. Zorg voor voldoende ventilatie en Vermijd elk contact met de huid en kleding. In de damp niet inademen. Draag een veiligheidsbril en handschoenen als u met epoxy.
   7. Herhaal stap 3.2.1 - 3.2.6 toe te voegen het juiste aantal contactpunten aan de onderste kamer te vullen de gaten.
3. Plaats de geassembleerde onderste kamer in een ' glovebox ' milieu en laat het gedurende ten minste 24 uur.
   Opmerking: Dit is om vocht geabsorbeerd door de kamer om te ontsnappen aan het materiaal.

Figuur 6: een complete, geassembleerd onder kamer. (een) dit paneel toont een geassembleerd onder kamer voor een 4-pixel IV testconfiguratie met de contactpunten zitten met behulp van lagedruk epoxy geschikt voor vacuüm toepassingen. De bruine O-ring (KF50)-ring pakking centreren wordt gebruikt om te zorgen voor een strakke montage met de bovenste kamer. (b) dit paneel toont een soldeer cup en pogo-pins na het solderen. (c) dit paneel toont een close-up van set epoxy, de correcte zithouding van de contactpen in de gaten van onderste kamer tonen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

4. de eindmontage

Opmerking: Deze vergadering moet gebeuren binnen de omgeving van een handschoenenkast nadat zowel de geassembleerde bovenkant en de onderkant kamer binnen de ' glovebox ' voor ≥ 24 h geweest.

1. Voegt een KF50-centreren pakking in de vergaderzaal van de bodem, zoals in Figuur 6afgebeelde.
2. De bovenste kamer op de onderste kamer, met de gladde kant van de bovenste kamer naar boven plaatsen en uitlijnen van de inkepingen op beide delen van de kamer om goede contact met de organische apparaat. Zie afbeelding 1 voor een geëxplodeerde weergave van de hele kamer.
3. De 2 kamer delen samen met behulp van de KF50 klem te beveiligen.
   1. De wingnut op de klem los en plaats de klem rond de rand van de gecombineerde bodem kamer en de bovenste kamer.
   2. Met behulp van de inzet van Figuur 7 voor een duidelijke weergave, draai de wingnut voor zover het kan gaan om het vastmaken van de bout, zorgen voor een goede afdichting rond de 2 half-kamers. Laat de voltooide zaal in de ' glovebox ' tot en met de software is geconfigureerd als beschreven in stap 5.

Figuur 7: een geassembleerd, compleet testkamer. (een) dit paneel toont een volledig geassembleerde 4-pixel IV testkamer met een KF50 gegoten klem zorgen voor een strakke pasvorm tussen de onderste en bovenste kamer. De inzet toont een andere hoek van de klem van de KF50 in de maximale dichtheid positie gesloten. (b) dit paneel toont een vergadering van de bovenste kamer van de 4-pixel met de borgring (merk op dat de O-ring al is gekoppeld in de bovenste kamer). Andere kamer configuraties worden geassembleerd op dezelfde manier. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

5. gedrag IV metingen van de afzonderlijke Pixels op het apparaat

Opmerking: Deze sectie gegevens de procedure gebruikt voor het genereren van de gegevens in de Resultaten van de vertegenwoordigerworden weergegeven. Het bronpakket-maateenheid (KMO) en de Zero Insertion Force (ZIF) test board gebruikt staan in de Tabel van materialen. Echter, methode van kamer verbinding met een SMU stroom-spanning-gegevens te verzamelen kan worden gebruikt. Alle IV meting stappen werden uitgevoerd op een Windows machine. "Pixel" verwijst naar een enkele diode op het organische apparaat.

1. Download en installeer de meegeleverde Python IDE.
2. Sluit een BNC-kabel uit de SMU 1 kanaal gelegen op de KMO aan de test van de ZIF bestuur.
3. Sluit de voeding aan de KMO en het verbinding te maken met een computer via een USB 2.0-kabel.
4. Het identificeren van de juiste COM-poort/seriële poort-ID die overeenkomt met de aangesloten SMU.
   1. Voor Windows-apparaten, Controleer welke COM-poort komt overeen met de aangesloten SMU in de Device Manager. Neem nota van het COM-nummer.
5. Open de BasicIV.py Python script.
6. Plak de COM-poort (Windows) in de aangegeven regel code in BasicIV.py , zoals te zien in Figuur 8.
   Opmerking: Standaard, zal het programma gegevens in de huidige werkmap uitvoeren.

Figuur 8: The IV maatregel in Python. Dit is een screenshot van de BasicIV.py Python script met de COM poort locatie aangegeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

7. Schakel op de KMO, de schakelaar van de reeks met het label "2" gelegen in de buurt van de SMU 1 zender naar de ON positie. Zie figuur 9b.
8. Verwijder de zaal volledig geassembleerd uit de ' glovebox ' omgeving.
9. Brug de verbinding tussen de contactpunten en de test van de ZIF bestuur met behulp van een methode van keuze (Zie Figuur 9).
   Opmerking: Voor deze opstelling, een aangepaste adapter geboekt tot overbrugging van de verbinding tussen de contactpunten en de test van de ZIF bestuur bij het uitvoeren van metingen van de IV. Deze methode kan variëren, zolang de verbindingen voldoende zijn en te verwaarlozen weerstand toevoegen.
10. Overschakelen van de kathode-pin naar de grond en de pin van de anode naar BNC voor slechts 1 pixel tegelijk, zorgen voor de rest van hen zijn overgeschakeld OFF.
11. Uitvoeren van BasicIV.py.
    Opmerking: Wanneer de meting is voltooid, bestanden van resultaten en een plot van V₀versus ik₀ zal worden geproduceerd in de eerder geselecteerde bestandspad.
12. Herhaal stap 5.10 en 5.11 voor elke pixel op het apparaat met behulp van de pixel-schakelopties weergegeven in afbeelding 9 voor het meten van de IV voor elke pixel.

Figuur 9: The IV meting set-up. (een) dit paneel toont een volledig geassembleerde kamer aangesloten op de nul-inperskracht (ZIF) test bestuur en bron maateenheid (KMO) voor een IV meting testen. (b) dit paneel toont de bereik-switch '2' in de ON -positie instellen correct sluit het apparaat aan de KMO voor het meten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

6. monteren van de zaal voor het testen van WVTR

1. Een interne vochtigheid sensor aan de testkamer WVTR voor het bepalen van de WVTR toevoegen.
   1. Soldeer 3 draden naar de interne vochtigheid sensor zoals weergegeven in Figuur 10 c: 5 V (rood), grond (groen) en data (geel). Zorgen ze voor voldoende lengte (ongeveer 15 cm).
   2. Doorwerken in interne vochtigheid sensor draden de gaten op de bodem van de WVTR test bodem kamer.
   3. Met een tandenstoker, toepassen lagedruk epoxy rond de draden binnen en buiten de onderste kamer zo goed zoals in alle openingen. Op een stuk van folie, kunt een popsicle stok Meng 2-delige hars met 1-delige verharder totdat het mengsel uniforme verschijnt.
   4. Toepassing van de epoxy rond de draad en gat te elimineren de mogelijkheid van lucht binnendringen. Laat 1-2 h voor de hars te verharden bij 25 ° C. Voor een volledige genezing, laat de epoxy te rusten gedurende 24 uur bij 25 ° C. Ervoor zorgen dat de ingestelde hars is wit en solide wanneer gedrukt.
      Let op: Epoxy verharder en epoxyhars veroorzaken brandwonden en irritatie van de ogen en de huid. Epoxy kan een allergische huid of de luchtwegen reactie veroorzaken. Het kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken. Het kan schadelijk zijn als slikte of geabsorbeerd door de huid. Zorg voor voldoende ventilatie en Vermijd elk contact met de huid en kleding. In de damp niet inademen. Draag een veiligheidsbril en handschoenen als u met epoxy.
2. Herhaal stap 2 te monteren een top kamer, ter vervanging van het apparaat met een stuk glas hetzelfde formaat en dezelfde dikte als het apparaat dat de zaal zou worden omsluiten.
   Opmerking: Als een top kamer is al gemonteerd, dan het kan worden gebruikt voor dit doel. Aangezien geen apparaat wordt gemeten, om na te bootsen de voorwaarden van een apparaat, is een stuk glas gebruikt voor het afdichten van de bovenste kamer optische openen.
3. Laat de onderste testkamer, geassembleerd top kamer en KF50-centreren ring niet gemonteerd in een zuurstof- / vochtvrije omgeving (' glovebox ') voor 24 uur om ervoor te zorgen een eerste voorwaarde voor de interne relatieve vochtigheid 0%.
4. Herhaal stap 4 om volledig monteren een kamer gebouwd voor het meten van de WVTR binnen de ' glovebox ', zoals in afbeelding 10a.

Figuur 10: de vochtigheid instellingen testen. (een) dit paneel toont een volledig geassembleerde WVTR test kamer bedraad aan interne en externe DHT22 vochtigheid sensoren met behulp van een jumper breadboard een microcontroller. (b) dit paneel toont de DHT22 vochtigheid sensor binnen de WVTR bodem testkamer. Merk op dat de draden worden gevoed door de kamer van de bodem en zijn op hun plaats gehouden met lagedruk epoxy. (c) dit deelvenster ziet u een schematische voorstelling van de interne en externe vochtigheid sensor DHT22 en een microcontroller board bedradingsschema met behulp van een enkele breadboard (voor het gemak). De sensor is aangesloten op de pennen van de microcontroller "5 V" (rood) en "GND" (groen) voor de stroomvoorziening naar de sensor. De uitvoer van de gegevens van de sensor (geel) wordt aangesloten op de pennen van de "Digitale" [2 voor de interne sensor (INT)] en 4 voor het extern (EXT) sensor met een weerstand van 10 kΩ. De inzet toont een DTH22 sensor met de juiste pin-bedrading: 5V (rood), grond (groen), en gegevens (geel). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

7. het gedrag van een vochtigheid meting om te bepalen van de WVTR

1. Downloaden van de microcontroller board software en eventuele Python 2.7.12 IDE op een compatibele computer.
2. Python-bestand Run_WVTR_Test.pyte openen.
3. Sluit de microcontroller naar de computer via een USB A-B-kabel.
4. Installeer de bibliotheek zodat de uitvoer van de gegevens naar een werkblad.
5. Herhaal stap 5.4 om het COM-nummer van de aangesloten microcontroller. Kopieer en plak dit in de Python-code zoals aangegeven in Figuur 11.
6. Identificeren van gewenste bestandspad voor onbewerkte gegevens werkbladen en het aangaan van de Python-code zoals weergegeven in Figuur 11.
7. Open het bestand microcontroller ARDUINO_HUMIDITY_TESTS.ino.
8. Selecteer de juiste microcontroller als de Raad van bestuur onder het tabblad hulpmiddelen voor . Onder het tabblad hulpprogramma's Selecteer nogmaals de poort zoals bepaald in stap 7.5.
9. Controleren en uploaden van de microcontroller code de microcontroller door te klikken op het pictogram in de bovenkant verlaten van het venster, zoals te zien in figuur 11b.
10. Draad van het circuit, zoals weergegeven in Figuur 10 c; Sluit de 5 V (rood), gemalen (zwart) en signaal (geel) draden van de externe (EXT) vochtigheid sensor naar hun respectievelijke locaties. De interne sensor (INT) wordt weglaten tot stap 7.12 omdat het is gelegen in de voltooide kamer, zoals weergegeven in Figuur 10.
11. Verwijder de geassembleerde zaal uit de ' glovebox '.
12. Onmiddellijk draad de interne sensor in de zaal aan de microcontroller-board zoals weergegeven in Figuur 10 c.
13. De Python script uitvoeren en volg de instructies die worden weergegeven in de Python shell.
    1. Typ in het materiaal van de kamer.
    2. Typ de duur in uren. Beugel het nummer met een onderstrepingsteken. Bijvoorbeeld, als 6 h gewenst is, typt u "_6_".
       Opmerking: De test moet beginnen en xlsx-bestanden maken in de locatie in het script hebt opgegeven wanneer de test voltooid is. Laat niet de sensoren verbreken van de setup. De test moet opnieuw worden gestart als dit gebeurt. De microcontroller code voor de meting van de WVTR werd aangepast van het standaardprogramma dat door de leverancier verstrekt. De Python code die wordt uitgevoerd van de meting IV werd aangepast van de code die wordt geleverd door de fabrikant van de test van de ZIF bestuur.

Figuur 11: een waterdamp transmissie tarief screenshot. Deze panelen tonen (een) een screenshot van de Run_WVTR_Test.py Python script met (b) de COM poort locatie aangegeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Stroom-spanning-metingen:

Deze kamer is ontworpen om voor het testen van een lucht-gevoelige diode apparaat, zoals een organische of perovskiet zonnecel of een light - emitting diode. Het kan fungeren als een herbruikbare, tijdelijke inkapseling of als een methode van de invoering van contaminanten standaardinteracties gecontroleerde afbraak testen. De curven van de stroomdichtheid-spanning (JV) hieronder werden gemeten de fundamentele diode kenmerken uitpakken met een ZIF test board aangesloten op een SMU onder donker (dat wil zeggen, geen verlichting) en verlichte omstandigheden. Door het aansluiten van de contactpunten uit de zaal aan het ZIF-bestuur, kan elke pixel afzonderlijk worden aangepakt. In het onderstaande voorbeeldgegevens, werd de onderkant van de standaard kamer, zonder dat de havens van gas, afgedrukt van 50% dichtheid PLA plastic gebruikt voor het testen van een organische zonnecel met behulp van de 6-pixel-configuratie. In deze biologische apparaten verwijst "pixel" naar de individuele diode die kan worden gemeten met behulp van de setup van de meting. Met behulp van de meegeleverde Python programma's in de map van de IV meting Code (gevonden in de Aanvullendeinformatie), de volgende krommen werden bereikt voor een enkele pixel van organische apparaten met een architectuur van ITO/PEDOT: PSS/P3HT: PCBM / Al. De details voor de productie van de apparaten kunnen worden gevonden elders¹⁶.

Figuur 12 geeft de verwachte JV-curven van een goed werkende organische fotovoltaïsche apparaat in het donker en onder verlichting. Merk op dat, als u wilt uitpakken de stroomdichtheid (J), de stroom-spanning-curven die de resultaten van de BasicIV.py Python programma zullen werden verdeeld door de gemeten diode-gebied. Voor onze dioden was dit ongeveer 1.2 mm². Figuur 12 geeft het gedrag van een diode in de vergaderzaal, met goede pin contact met de elektrode-pads. Alle vier pixels die meetbaar zijn in een dergelijke configuratie Toon soortgelijk gedrag. Een werkende biologische diode die niet is gedegradeerd moet Toon rectificatie gedrag, een laag signaal aan lawaai en een exponentiële groei in de huidige na een toegepaste spanning van ongeveer 1 V in donkere omstandigheden; het moet onder verlichting, soortgelijke diode kenmerken zoals in het donker, gecompenseerd door de geïnduceerde photocurrent^2,16. Ter vergelijking toont Figuur 12 ook de JV-curven voor één pixel van hetzelfde apparaat, ingekapseld met een microscoopglaasje via het actieve gebied (dat wil zeggen, het gebied van de rode omtrek van de Figuur 4, verzegeld met lagedruk vacuüm-afdichting epoxy na de eerste in-kamer tests). Merk op dat in de zaal, er bewijs van hogere contactweerstand zoals afgebeeld door de daling van de vulling factor^{17 is} [de curve wordt minder "vierkante" verschuldigd aan helling rond de kortsluiting huidige (J_sc)¹⁸ en het open circuit spanning (V_oc)]¹⁹. Dit kan worden toegeschreven aan de hogere contact sonde weerstand van het apparaat in de kamer ten opzichte van het apparaat gesondeerd rechtstreeks met behulp van de meting van bestuur²⁰. Het moet mogelijk zijn te verlagen van de weerstand verliezen aanzienlijk door middel van beter solderen en bedrading ontwerpen. In het geval van een aangetaste, zouden niet-werkende of slecht contact organische apparaat, we niet zien een diode-achtige kromme, zoals in Figuur 12 c. Dergelijke krommen hebben meestal een lage stroomsterkte van de gemeten, geen rectificatie gedrag en een hoge signaal-/ ruisverhouding, met vermelding van "ruis" of geopende contactpersoon. Een kortsluiting, zoals zou gebeuren als er was een rechtstreeks contact tussen de bovenste metalen elektrode en de ITO-elektrode aan de onderkant, zou worden aangetoond door een rechte lijn van een helling evenredig met de weerstand over de contactpersoon (Figuur 12 quinquies).

Figuur 12: vergelijking van een IV. Deze panelen tonen de stroomdichtheid-spanning (JV) meting curven van een standaard organische zonnecel-apparaat in de kamer en hetzelfde apparaat ingekapseld en rechtstreeks naar het ZIF-bestuur door middel van de ingebouwde pinnen, (een) onder donkere omstandigheden (gecontacteerd dat wil zeggen, niet onder verlichting) en (b) onder verlichting met behulp van een lab-lichtbron, tonen verwacht diode gedrag. (c) dit paneel toont een IV meting curve van een standaard organische zonnecel apparaat niet onder verlichting tonen aangetaste of contactloze gedrag. (d) dit paneel toont een IV diode meting curve van een kortgesloten apparaat niet onder verlichting. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Kamer werkzaamheid Tests:

Deze kamer is bedoeld om op te treden als een tijdelijke, herbruikbare stabiele omgeving met gecontroleerde eigenschappen (met inbegrip van temperatuur, vochtigheid en invoering van gas). Om te bepalen van de werkzaamheid van de sfeervolle kamers, werden zij gekenmerkt op twee manieren: een waterdamp transmissie snelheid test met behulp van een vochtigheid sensor en een apparaat afbreekbaarheidstest met behulp van de organische zonnecel-apparaat dat wordt gebruikt om aan te tonen van de stroom-spanning metingen in de vorige sectie.

WVTR Tests:

Een van de cruciale factoren in de afbraak van de apparaten is de penetratie van water in het apparaat^21,22. Voor langdurige stabiliteit van het apparaat, moet een goede inkapseling van organische apparaten 10^-4 - 10^-6 g/m2/dag van water binnendringen^12,13. Zoals dit Parlement is ontworpen als een gecontroleerde omgeving voor het testen van de doeleinden in plaats van een lange termijn opslag of inkapseling methode, zijn de eisen voor een effectieve kamer niet zo streng. Eerder, de kamer moet zitten kundig voor de apparaateigenschappen binnen een redelijke termijn voor een bepaalde experimentele voorwaarde te handhaven. De meest gebruikte methode voor het karakteriseren van waterdamp ingress- en de tijd van het gebruiken van de kamer is de waterdamp transmissie rate (WVTR)²¹.

De WVTR kunnen verschillende betekenissen, afhankelijk van de voorwaarden waarop het is gemeten en de eenheden die gebruikte^{23 zijn}. Voor de toepassing van deze bijdrage, is de WVTR bepaald door middel van een maatregel van relatieve vochtigheid verandering²⁴, vergelijkbaar met een gravimetrische cup test²³. Als gevolg van de complexiteit van de vocht binnendringen paden in de zaal, de massale verandering van de waterdamp die het bereiken van de sensor worden gebruikt, genormaliseerd door de per percentage verschil (uitgedrukt in een breuk van 0 - 1) van de relatieve vochtigheid over de grens, aangepast van de methode van Basha et al. ²⁵.

(1)

Hier, Hiermee geeft u de mate van verandering met betrekking tot de tijd van de massa van waterdamp bevatte in de zaal, en is het verschil in relatieve luchtvochtigheid binnen en buiten de vergaderzaal. Een dergelijke aanpak levert eenheden voor de WVTR van de tijd van de massa-per-unit.

Impliciet in deze vergelijking is de veronderstelling dat het tempo van de waterdamp inloop evenredig met het verschil van de relatieve luchtvochtigheid tussen de binnenkant en de buitenkant van de kamer is. Deze veronderstelling leidt tot de volgende differentiaalvergelijking:

(2)

Hier, is het volume van de ruimte (overgenomen uit de 3D-modellen), en is de dichtheid van de verzadiging van de waterdamp bij de temperatuur opgenomen tijdens de test.

Oplossen van deze vergelijking en vervanging van het in de oorspronkelijke toestand van 0% vochtigheid in de kamer (gewaarborgd door het verlaten van de kamer in de glovebox gedurende > 24 uur), kan de regerende vergelijking van deze experimenten, zoals hieronder wordt weergegeven, worden gevonden.

(3)

Bij het uitvoeren van de test van de luchtvochtigheid, werden relatieve vochtigheid lezingen genomen gelijktijdig uit binnen en buiten de vergaderzaal 3D-afgedrukt. Zodra deze gegevens is opgesteld, werd het afgeplot tegen de tijd, t, zoals weergegeven in Figuur 13 bis. Lineaire regressie werd gebruikt voor het berekenen van de WVTR van de helling van de beste fit lijn.

In deze test, werd 50% afdrukdichtheid PLA 3D-gedrukte kunststof gebruikt. De test werd uitgevoerd voor een duur van 4 uur, wat resulteert in een WVTR van 270 µg/dag (R² = 0.985). Dit is hoog in vergelijking met de vereisten voor een goede organische apparaat encapsulant^12,13, maar het is voldoende om te minimaliseren van de aantasting van het apparaat voor een elektrische testen gedurende verschillende uren²¹ (Zie de volgende sectie, apparaat Afbreekbaarheidstest). Daarentegen een lekkende kamer als aangegeven in figuur 13b had een WVTR van 855 µg/dag (R² = 0.99).

Het tempo waarin vocht treedt de kamer wordt beheerst door de coëfficiënt van de verspreiding van de meest doorlaatbare materiële²³. Uitgaande van de dezelfde afdichting condities, levert verschillende materialen voor de muren van de kamer verschillende waarden van WVTR. Resultaten voor een paar representatieve materialen en voorwaarden worden samengevat in tabel 1. De typische PLA-zaal heeft een hoger WVTR dan een gelijkwaardige kamer gefreesd uit metalen¹⁰. Ervan uitgaande dat een proportionele verband tussen de aantasting van het WVTR en apparaat, kunnen we schatten de opslagtijd voor een verlies van 80% van de initiële prestaties (T80)^6,8 voor een test-apparaat, met behulp van die kamer als een basislijn voor het vocht inloop van de zegels. Hierdoor kan een ruwe schatting van de tijd van de bruikbaarheid voor een kamer in een bepaalde configuratie. Onder dergelijke omstandigheden, moet de 50% dichtheid PLA zaal zitten kundig voor een monster zonder een aanzienlijke verliezen opslaan voor ongeveer 3 dagen. Dit in tegenstelling tot een ware inkapseling, waar de aanzienlijke prestaties werd waargenomen na meer dan twee weken van opslag in omgevingsomstandigheden.

Het is ook mogelijk om uit te breiden van het venster van de bruikbare tijd voor een kamer door een inert gas, zoals N₂stromen. In een dergelijke configuratie, de WVTR voor de kamer van de PLA 50% gedaald tot beneden de detectiegrens van de sensor (Zie figuur 13b). Met een minimale opsporing van een ~ 0,1% relatieve vochtigheid verandering, die een WVTR van minder dan 0.13 µg/dag, met een aanzienlijke toename van het geschatte opslagtijd suggereert. Eerdere studies^10,27 hebben aangegeven dat monsters hebben echter een T90 van ongeveer 6 weken in een ' glovebox '. Zoals deze gas flow kamer configuratie vergelijkbaar met een inert gas ' glovebox ' omgeving is, is dit een vaker bovengrens voor monster-opslag. Om te bepalen van een meer nauwkeurige meting van de WVTR voor dergelijke lage niveaus van water binnendringen, moet een meer gevoelige test zoals de elektrische calcium test²⁸ worden gebruikt een betere raming te geven.

Desgewenst verder testen van de kamers is een zuurstofsensor kan worden geplaatst in de kamer en de zuurstofniveaus kunnen worden gecontroleerd na verloop van tijd te geven de overdrachtssnelheid van zuurstof (OTR), die kan worden vergeleken met de WVTR.

Tabel 1: de resultaten voor een paar representatieve materialen voor de muren van de kamer en de afdichting voorwaarden. Deze tabel toont de totale mutatie in interne relatieve vochtigheid en waterdamp transmissiesnelheid voor kamers van verschillende materialen en in verschillende omstandigheden.

Figuur 13: waterdamp transmissiesnelheid percelen. (een) dit paneel toont een verandering van de relatieve vochtigheid gebruikt om te bepalen van de WVTR met behulp van vergelijking 3. De afhankelijke variabele is de unitless natuurlijke logaritme van de verhouding van de relatieve vochtigheid (RH) van de interne en externe sensoren, uitgezet tegen de tijd (Zie vergelijking 3 in de Vertegenwoordiger resultaten). De helling van de verminderde vierkant lineaire regressielijn is evenredig aan de WVTR, vermeld in tabel 1 (R² = 0.99). (b) dit paneel toont een verandering van de relatieve vochtigheid voor een 50% PLA 3D-gedrukte kamer onder verschillende omstandigheden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

De Test van de afbraak van het apparaat:

Om te testen de afbraak in de Apparaatprestaties onder continue werking, benadrukt dioden elektrisch elke 5 min van -5 tot en met 5 V, graag de donkere huidige reactie als een stroom-spanning-curve. Figuur 14 toont dat een vergelijking tussen de verandering in de huidige op 4 V voor een apparaat getest binnen de kamer ten opzichte van een standaard ingekapselde diode. Als gevolg van de verhoogde weerstand heeft het apparaat in de kamer een iets lagere initiële stroom dan het ingekapselde apparaat. Voor beide apparaten, wordt een aanvankelijke toename van de huidige waargenomen in de eerste periode van 50 min. Nadat een maximale stroom wordt bereikt rond 50-60 min, er is een omkering in de huidige bochten en de huidige begint te dalen. Dit probleem wordt verwacht voor dit type apparaat, zoals de vorming van een dunne oxide tussenlaag op de bovenste contact elektrode aanvankelijk de kenmerken van de interface tussen het metaal en de organische halfgeleider-^{6 verbetert}. Dit effect is veel meer uitgesproken in het apparaat in de zaal, grotere en snellere oxidatie suggereren. Dit onderstreept dat de kamer is niet bedoeld als een vervanging voor de inkapseling voor langdurige opslag, maar een draagbare omgeving die kan worden gebruikt gecontroleerde voor het meten van veranderende Apparaateigenschappen. Het toevoegen van gas poorten met vloeiende inerte gassen die het afnemen van de WVTR zou waarschijnlijk verbeteren van de stabiliteit van de apparaten in de kamer.

Als het apparaat verder onderstreept wordt, wordt de actieve laag begint te degraderen wegens een verscheidenheid van interacties^6,,^7,,^8,22. Beide apparaten laten 0.3 - 0.4 µA/min van verlies-van-current als de meting verloopt, maar nogmaals, de kamer toont een hoger tarief van afbraak. Dit onderstreept dat het apparaat binnen de meting-kamer op gelijkwaardige wijze aan de ingekapselde apparaat onder elektrische spanning zich gedraagt. Zoals aangetoond in Figuur 14, de verval-curven, gebaseerd op de genormaliseerde huidige verandering na verloop van tijd suggereert een T80 voor continu gebruik dat is vergelijkbaar voor de twee apparaten (26 h vs. 30 h), maar iets langer voor het ingekapselde apparaat.

Figuur 14: operationele apparaat afbraak. (een) dit paneel toont een gemeten donkere stroom op 4 V voor IV metingen elke 5 min voor een standaard organische zonnecel-apparaat. (b) dit paneel toont genormaliseerde donkere huidige verval curven op 4 V, ik/I_o, waar ik_o is de eerste stroom. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

In de ruwe gegevens verval curve voor het ingekapselde organische apparaat (figuur 14a), wordt een scherpe daling waargenomen tussen de eerste en tweede meting in de loop van 5 min. Deze daling wordt niet waargenomen voor de organische apparaat getest in de zaal. Dit is waarschijnlijk een gevolg van het feit dat het langer duurt om te assembleren van het organische apparaat in de kamer en deze koppelen aan het ZIF-bestuur overwegende dat het ingekapselde apparaat rechtstreeks worden onmiddellijk gemeten kan op uit de omgeving van de ' glovebox ' wordt verwijderd.

De kritische stappen in het herscheppen van dit experiment zijn de afdrukken van de kamers te scheuren, gaten, of slechte in-fill kenmerken die de WVTR, het afdichten van de kamer verminderen kunnen om te voorkomen dat een inloop van vocht en zuurstof door aanscherping van de KF50 klem te vermijden bereiken van een volledige afdichting tussen de boven- en onderkant kamers, met behulp van een vacuüm-rated lagedruk epoxy rond de contactpunten of een feedthroughs om te voorkomen dat eventuele lekken, en het creëren van een afdichting tussen het monster en de bovenste kamer met behulp van een goede plaatsing van de O-ring en voldoende druk met de aanscherping schroeven op de borgring ter voorkoming van eventuele lekkage zonder het kraken van het monster. De O-ring moet passen volledig in de groef, zonder bramen of deeltjes, en tussen 15-25% van de dwarsdoorsnede voor een adequate zegel¹⁰moet worden gecomprimeerd. Het is ook belangrijk om voorzichtig bij het toevoegen van de contactpunten op het lichaam van de kamer zorgen goed elektrisch contact en voorkomen van paden voor zuurstof en vocht binnendringen via de lagedruk epoxy. Een epoxy gewaardeerd als een sealant voor vacuüm toepassingen zorgt voor een adequate zegel. Het is belangrijk de contactpennen verbinden met de meting van bestuur elke serie weerstand om verliezen te minimaliseren tijdens de IV-metingen. Bewaar de kamer in een inert milieu zoals een handschoenenkastje gedurende ten minste 24 uur vóór gebruik om ervoor te zorgen dat vocht wordt geabsorbeerd door de kamer heeft tijd gehad om te ontsnappen aan het materiaal. Dit is vooral belangrijk als de kamer heeft vastgelegd voor een meer dan een paar dagen onder de omgevingsomstandigheden in het open labomgeving. Het is niet aanbevolen om te verwarmen van de kamer om te versnellen het proces van het ontgassen, om te voorkomen dat een versoepeling van de muren van de kamer en het risico van het instorten van de structuur van de kamer.

Bepaalde gemeenschappelijke problemen kunnen oplopen wanneer herscheppen van dit experiment. Als de kamer maakt gebruik van een O-ring afdichting rechtstreeks op het onderzochte monster, in plaats van een volledig verzegelde kamer gedrukt, is het mogelijk om te kraken van het monster als buitensporig geweld wordt gebruikt in de montage van de borgring. Bovendien, deeltjes op de O-ring of in de groef of bramen op een van de verzegeling gewrichten kunnen voorkomen dat een goede afdichting, naast het kraken van het monster na montage van¹⁰. Een zorgvuldige reiniging van de O-ring en de gewrichten vóór de montage van de ring is van essentieel belang.

Het is ook belangrijk om te voorkomen dat het smelten van de zaal tijdens de epoxy uitharden. Na het aanbrengen van epoxy om veilig te onthouden de pogo-pins in de onderste zaal, warmte om te versnellen het drogingsproces toe te passen. Dit zal resulteren in het smelten van de 3D-drukwerk, en dus in een vervorming van de kamer.

Het gebruik van onvoldoende elektrische verbindingen tussen de contactpunten en de test van Bestuur vormt een groot probleem. Een arme soldeer, lange draad verbindingen of een te dik gauge draad kan leiden tot een aanzienlijke, vermijdbare daling van de Apparaatprestaties als gevolg van de weerstand verliezen die langs de elektrische verbindingen tussen de kamer en de test van bestuur optreden. Het is aangeraden om altijd een ingekapselde organische apparaat als een verwijzing naar de kwaliteit van de verbindingen buiten de kamer controleren wanneer bedrading van een nieuwe kamer. Hoge weerstand verliezen zijn waarschijnlijk als het apparaat in de kamer ordes van grootte minder donkere stroom of een belangrijke helling rond de kortsluiting huidige^{18 toont} (dat wil zeggen, ik_sc, rond V = 0) en het open circuit spanning¹⁹ (d.w.z., V_oc, rond ik = 0). Deze effecten worden weergegeven in Figuur 15, waar het gebruik van dikke lange draden aan een niet-ondersteunde kamer verbinden met de meting van bestuur wordt vergeleken met een kraag van de steun met ingesloten telefoniebronnen met elkaar verbindt. Zoals kan worden gezien, het gebruik van de steun kraag leidde tot een toename van de donkere stroom van twee ordes van grootte (Figuur 15 bis) en tot een toename van de vulling factor¹⁷ van 22,7% tot 34,6%. Het mogelijk om te verder verlagen de verliezen van de weerstand via beter solderen en bedrading ontwerpen.

Figuur 15: een vergelijking HiRs IV. Deze panelen tonen elektrische metingen voor apparaten met slechte en goede contacten: (een) donkere stroom-spanning-metingen en (b) stroom-spanning metingen onder verlichting. De inzet foto's vertegenwoordigen de slechte elektrische contact configuraties (de zwarte rand aan de linkerkant) en de goede elektrische contact configuraties (de rode rand aan de rechterkant) om verbinding maken met de contactpunten uit de zaal op de proef de Raad van de meting. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Het gebruik van een derde handje solderen station, klemmen, en alligator clips aan het beveiligen van de soldeer cup en pogo-pins zal het solderen van de contactpunten gemakkelijker, voorkomen eventuele slechte solderen van de contactpunten. Zorg ervoor dat de parel van de soldeer extern toegepast op de pin en de cup niet te groot; anders past het niet door de ingesloten gaatjes in de bodem kamer. Het soldeer moet worden gelegd op de buitenkant van de pin, zoals solderen binnen leiden het soldeer tot zal voor het invoeren van de lente en de pin onbruikbaar te maken. Controleer de elektrische aansluiting via de pin en cup met behulp van een multimeter.

Wanneer externe draden aan de DHT22 temperatuur en vochtigheid sensor solderen, kunnen moeilijkheden voordoen als gevolg van de precisie vereist als gevolg van hoe smalle de pinnen zijn, wat leidt tot een slechte solderen van de draden op de sensor. Met behulp van een derde handje soldeer station of elke klemmen en alligator clips zal helpen bij het veiligstellen van de sensor en de draden in plaats. Opmerking dat positionering van de soldeerbout te dicht bij de basis van de pin op de sensor voor een langere periode de pin branden kan, waardoor het af te vallen.

Er zijn twee belangrijkste beperkingen aan de voorgestelde algemene aanpak hier van het gebruik van een 3D-gedrukte sfeervolle kamer. De eerste is dat de WVTR aanzienlijk hoger voor de 50% PLA-gedrukte kamer dan het voor een gelijkwaardige kamer gefreesd uit metaal zijn zou. Daarom, ter beperking van de WVTR, twee wijzigingen bestaan voor het ontwerp van de kamer dat de tijd van het gebruiken van de kamer kan verhogen: vloeiende inert gas en dessicant wells. Om het overlopen van inert gas, kan de onderste zaal met de configuratie van de poorten van gas van het ontwerp van de kamer worden gebruikt. De WVTR was aanzienlijk gedaald tot minder dan 0.13 µg/dag in een dergelijke configuratie. Om ruimte droogmiddelen, heeft de onderste kamer drie putten rond de gaten feedthrough. Deze putjes kunnen gevuld worden met standaard vocht of zuurstof getters te absorberen alle gassen die worden ingevoerd door de kamer. Reese et al. ¹⁰ gevonden dat hoge-oppervlak-area Getters van gemengde Mg en drierite (beide standaard laboratorium droogmiddelen) volstonden om te verlagen van de WVTR voor metalen kabinetten tot 0,5 µg/dag.

De tweede beperking is dat het Parlement, door het gebruik van pogo-pins en bedrading van de verbindingen met de meting van bestuur altijd hogere contactweerstand verliezen ten opzichte van een vergelijkbare ingekapselde voorziening toont. Figuur 12b blijkt dit gedrag voor een apparaat in de vergaderzaal in vergelijking met hetzelfde apparaat ingekapseld en rechtstreeks naar de test van de ZIF bestuur gecontacteerd. Dit kan gevolgen hebben voor de interpretatie van de kenmerken van het apparaat. Elke inspanning moet worden geleverd te beperken van de verliezen van deze natuur door middel van de juiste bekabeling en solderen. Zoals weergegeven in Figuur 15, is het mogelijk om verliezen aanzienlijk verlagen door verbetering van de verbindingen van de bedrading tussen de kamer en de test van de ZIF bestuur. Met behulp van een aangepaste 3D-gedrukte kraag ingebed met koperen draden die rechtstreeks in de test van de ZIF bestuur past, is de Apparaatprestaties aanzienlijk verbeterd. Verdere verbeteringen kunnen worden met betere verbinding configuraties of met andere test platen.

Een extra beperking is specifiek voor het ontwerpen van de kamer in dit protocol omschreven maar kan worden verlicht door onderzoekers ontwerpen voor hun eigen gebruik te nemen door het veranderen van de kamer-configuraties. Een organische apparaat getest met de chambers als opgegeven door de meegeleverde CAD-bestanden (zoals beschreven in Figuur 1) zijn beperkt in grootte tot 40 mm in diameter. De totale actieve gebied dat kan worden verlicht wordt ook beperkt door de grootte van het venster in de bovenste kamer. Het 6-pixel ontwerp vereist een ovale vorm voor de bovenste kamer openen welke twee blokken van de pixels, terwijl het ontwerp 4-pixel alle pixels blootgesteld binnen een cirkel met een 18 mm heeft.

Dit protocol beschrijft een aanpak voor het bouwen en testen van een kleine draagbare kamer, gebaseerd op het oorspronkelijke ontwerp van Resse et al. ¹⁰. Wij hebben dit ontwerp aangepast zodat het goedkoper en veelzijdiger met behulp van 3D printen voor de productie van de onderdelen van de kamer. Het belang met betrekking tot andere protocollen ligt in zijn eenvoud, aanpassingsvermogen en toegankelijkheid. Het gebruik van 3D-printen in plaats van machinale bewerking zorgt voor snelle, rendabele aanpassingen aan de veranderende monster of milieueisen met behoud van het nut van het basisontwerp. In deze bijdrage hebben wij de voorgestelde drie variaties van de kamer dat kan worden geproduceerd, met inbegrip van verschillende pixel lay-outs voor de organische apparaten en ingress poorten stromen verschillende gassen. De lage kosten en snelheid van de productie met behulp van 3D printen kunnen onderzoekers snel het ontwerp wilt wijzigen aanpassen aan hun eigen doeleinden, met inbegrip van verschillende pixel lay-outs, de grootte van de geschaalde apparaat, extra poorten, en extra sensoren.

De belangrijkste reden voor het gebruik van 3D printen voor deze kamer was om voor een grotere veelzijdigheid van het ontwerp van de kamer om te voldoen aan de specifieke behoeften van de gebruikers. Dit houdt inherent in dat wijzigingen gemakkelijk kunnen worden aangebracht om aan te passen van een bepaald doel, van opschalen naar een grotere biologische apparaat of module designs, verschillende meting functionaliteiten, toe te voegen aan het wijzigen van de indeling van de organische apparaat, geven een breed scala van de toekomst toepassingen. Wij stellen twee mogelijke ontwikkelingen die het gebruik van deze kamers nog verder zal uitbreiden. Zij omvatten de capaciteit om de indeling van het apparaat te wijzigen en zo de besturing van de temperatuur.

Als u wilt wijzigen het apparaat kan lay-out, zoals hierboven aangetoond voor de 4 - en 6-pixel kamer configuraties weergegeven in Figuur 1 en Figuur 4, de zaal gemakkelijk aangepast worden aan verschillende biologische apparaat pixel lay-outs, met de CAD-bestanden die beschikbaar zijn in de Aanvullende informatie. De locatie van de elektrische feedthrough gaten in de bodem kamer moet zorgvuldig opnieuw ontworpen om de juiste biologische apparaatconfiguratie tegemoet te komen. Merk op dat de borgring met de hoeken van het organische apparaat overlapt teneinde het in de bovenste kamer, en als zodanig, elektrische aansluitingen niet in die gebieden moeten worden geplaatst. De bovenste kamer heeft een gat te maken voor de absorptie/emissie van licht door het apparaat. Een organische apparaat getest met dit Parlement is daarom beperkt tot actieve materiaal in een regio niet buiten dit gebied. Het 6-pixel ontwerp vereist een ovale vorm voor de bovenste kamer openen welke twee blokken van de pixels, terwijl het ontwerp 4-pixel alle pixels blootgesteld binnen een cirkel met een 18 mm heeft. Zorg moet worden genomen om ervoor te zorgen dat de groef diep genoeg voor een nieuwe O-ring indien nodig. Reese et al. ¹⁰ aangeven dat de O-ring tussen 15-25% van de dwarsdoorsnede voor een adequate zegel moet worden gecomprimeerd. Sommige CAD-bestanden voor de boven- en onderkant kabinetten zonder een specifiek ontwerp zijn ook opgenomen in de Aanvullendeinformatie op de steun van elke onderzoeker bij de ontwikkeling van hun eigen ontwerp.

Als de kamer ontwerp is gebaseerd op een standaard vacuüm montage-a KF50-centreren pakking-om te zorgen voor een goede afdichting tussen de boven- en onderkant kamers, het is geschikt voor apparaten kleiner is dan 40 mm in diameter. Opschalen naar grotere maten is mogelijk, met behulp van andere verkrijgbare vacuüm flens configuraties zoals de ISO reeks, die gebruik maakt van hetzelfde centreren pakking ontwerp. Met behulp van een commercieel beschikbare zegel die is getest en gecertificeerd maakt het gemakkelijk om herhaaldelijk straks de zaal zonder enige bezorgdheid voor de integriteit van de afdichting¹⁰. Als het ontwerp worden veranderd om te nemen meer ruimte, worden zich ervan bewust dat de grootte van de kamer ook de transmissie van waterdamp en zuurstof verhoogt.

Alle tests van de organische apparaten over het algemeen zijn niet opgenomen temperatuurregeling tijdens de IV karakterisering¹⁴. Als de biologische Apparaatprestaties en stabiliteit is sterk afhankelijk van de temperatuur^6,7,8, kan dit leiden tot een significant probleem in de vergelijkbaarheid en reproduceerbaarheid van de gerapporteerde laboratoriumtest resultaten¹⁴. Pogingen om de standaard testprotocollen voor organische apparaten^29,30 suggereren dat een temperatuur meet- en regeltechniek moeten worden ingebouwd in een elektronische testconfiguratie. Om aan te pakken dit probleem, hebben de sfeervolle kamers twee wijzigingen.

De eerste, een thermokoppel sonde feedthrough, is reeds geïmplementeerd in de beschikbare ontwerpen als een extra contactpen in het midden van het apparaat (Zie de blauwe stippen in Figuur 4). Hoewel het is geplaatst in het midden om te minimaliseren van onjuistheden in pixel naar pixel temperatuur lezingen van verlopen over het apparaat, kan de thermokoppel ook worden verplaatst naar de borgring om niet interfereren met de elektrische metingen. De lage thermische geleidbaarheid van PLA betekent dat een dergelijke wijziging het gebruik van metaal voor de borgring verlangen kan.

De tweede, voor een methode om te controleren van de temperatuur, is een thermo-elektrische koeling/verwarming ring toegepast op de bovenste kamer. De keramische cartridge verwarming/koeling ring kan worden toegepast op de buitenkant van de bovenste kamer uitstoten of warmte, zoals aangegeven in Figuur 16. De ring kan worden gebruikt voor verwarming of koeling gewoon door het omkeren van de kant geplaatst op de kamer. Als gevolg van de lage thermische geleidbaarheid van PLA werkt deze methode alleen voor een hoog thermisch geleidend top kamer materiaal, zoals metaal.

Figuur 16: een geëxplodeerde weergave van de kamer met koeling. Dit paneel toont een geëxplodeerde weergave van een test kamer vergadering met een koeling ring en de plaatsing van de koellichaam in blauw weergegeven. Merk op dat voor een optimale prestaties, de staaf koellichamen rondom de diameter van de ring, niet alleen de twee hieronder voor de duidelijkheid moet worden geplaatst. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Om te verdrijven effectief warmte, moeten een koellichaam en een ventilator ook gebruikt worden tijdens de operatie. Voor een optimale prestaties, moeten de heatsinks rond de koeling ring te maximaliseren van de overdekte ruimte worden geplaatst. Elke fan kan worden gebruikt, hoewel sterkere fans voor een betere performance zorgt. De toepassing van de koeling ring en koellichamen kan worden gedaan met een thermisch geleidend epoxy. Terwijl de meeste epoxy kan worden verwijderd met aceton, zorg ervoor dat de epoxy kan worden verwijderd uit de heatsinks en ring voor het verlijmen als verwarming is vereist.