कार्बनिक Optoelectronic डिवाइस गिरावट परीक्षण के लिए एक 3d मुद्रित चैंबर
Summary
यहां, हम डिजाइन, निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल मौजूद है, और एक सरल, बहुमुखी 3 डी मुद्रित और हवा के प्रति संवेदनशील कार्बनिक optoelectronic उपकरणों के ऑप्टिकल और बिजली के लक्षण वर्णन के लिए नियंत्रित वायुमंडलीय चैंबर के उपयोग ।
Abstract
इस पांडुलिपि में, हम कार्बनिक और perovskite optoelectronic उपकरणों के लिए एक छोटे, पोर्टेबल, आसान करने के लिए उपयोग वायुमंडलीय चैंबर के निर्माण की रूपरेखा, 3d मुद्रण का उपयोग कर । उपकरणों के इन प्रकार के रूप में नमी और ऑक्सीजन के प्रति संवेदनशील हैं, इस तरह के एक चैंबर निस्र्पक में शोधकर्ताओं सहायता कर सकते है इलेक्ट्रॉनिक और स्थिरता गुण । चैंबर (आर्द्रता, गैस परिचय, और तापमान सहित) नियंत्रित गुणों के साथ एक अस्थायी, पुन: प्रयोज्य, और स्थिर वातावरण के रूप में इस्तेमाल किया जा करने का इरादा है । यह हवा के प्रति संवेदनशील सामग्री की रक्षा या उंहें क्षरण अध्ययन के लिए एक नियंत्रित तरीके से संदूषणों को बेनकाब करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । चैंबर के गुणों को चिह्नित करने के लिए, हम एक सरल प्रक्रिया रूपरेखा के लिए जल वाष्प संचरण दर (WVTR) निर्धारित करने के सापेक्ष आर्द्रता का उपयोग कर के रूप में एक मानक आर्द्रता संवेदक द्वारा मापा. यह मानक संचालन प्रक्रिया, polylactic एसिड (पीएलए) के ५०% infill घनत्व का उपयोग कर, एक कक्ष है कि डिवाइस संपत्तियों के किसी भी महत्वपूर्ण नुकसान के बिना हफ्तों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है में परिणाम । बहुमुखी प्रतिभा और चैंबर के उपयोग में आसानी यह किसी भी लक्षणात्मक शर्त है कि एक कॉंपैक्ट नियंत्रित वातावरण की आवश्यकता के लिए अनुकूलित किया जा करने के लिए अनुमति देता है ।
Introduction
कार्बनिक और perovskite optoelectronic उपकरणों, सौर कोशिकाओं, और प्रकाश उत्सर्जक π पर आधारित डायोड-संयुग्मित semiconducting कार्बनिक अणुओं और organometal halides अनुसंधान के एक तेजी से बढ़ रही क्षेत्र हैं । कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (oleds) पहले से ही प्रकाश में एक प्रमुख तकनीकी तत्व है और1प्रदर्शित करता है, और कार्बनिक photovoltaics क्षमता है कि उंहें अमली सिलिकॉन के साथ प्रतिस्पर्धी बनाने के2प्राप्त करने के लिए शुरू कर दिया है । perovskite के हाल ही में तेजी से उन्नति-प्रकाश को अवशोषित और प्रकाश उत्सर्जक अनुप्रयोगों3,4,5 के लिए उपकरणों आधारित पता चलता है कि कम लागत, आसानी से प्रसंस्कृत उपकरणों को जल्द ही व्यापक मिल जाने की संभावना है परिनियोजन. हालांकि, इन प्रौद्योगिकियों के सभी वायुमंडलीय दूषित पदार्थों, विशेष रूप से नमी और ऑक्सीजन है, जो उनके प्रभावी जंमों6,7,8,9सीमा के लिए एक संवेदनशीलता से ग्रस्त हैं ।
इस तरह के सिस्टम का अध्ययन शोधकर्ताओं के लिए, यह एक अनुकूलनीय, आसान करने के लिए उपयोग करने के लिए उपयोगी हो सकता है, पोर्टेबल, और पुन: प्रयोज्य चैंबर ऐसी संवेदनशील सामग्री की रक्षा करने के लिए या उन्हें एक नियंत्रित तरीके से संदूषणों को बेनकाब करने के लिए10,11. हालांकि यह हवा के लक्षण वर्णन के लिए एक glovebox का उपयोग करने के लिए संभव है संवेदनशील उपकरणों, इन बड़े, महंगी, और निश्चित स्थान, निष्क्रिय वातावरण लक्षण वर्णन है कि आवश्यक हो सकता है की व्यापक रेंज के साथ असंगत हो सकता है । एक पोर्टेबल विकल्प प्रदान करने के लिए, रीज़ एट अल । 10 एक छोटे से धातु के आधार पर एक मानक वैक्यूम निकला हुआ किनारा कार्बनिक उपकरणों के विद्युत और ऑप्टिकल लक्षण वर्णन के लिए उपयुक्त चैंबर का प्रस्ताव । हम इस डिजाइन अनुकूलित किया है, यह सस्ता और अधिक बहुमुखी 3 डी का उपयोग करके कक्ष घटकों का उत्पादन मुद्रण । 3d मुद्रण का उपयोग, बजाय मशीनिंग, तेजी से, लागत प्रभावी समायोजन के लिए अनुमति देता है नमूना या पर्यावरणीय आवश्यकताओं को बदलने जबकि बुनियादी डिजाइन की उपयोगिता को बनाए रखने । इस योगदान में, हम इस प्रक्रिया को रेखांकित इस तरह के एक चैंबर बनाने के लिए, और इसका इस्तेमाल एक कार्बनिक डायोड डिवाइस के वर्तमान वोल्टेज विशेषताओं को निकालने के लिए.
कार्बनिक और perovskite उपकरणों का एक अच्छा encapsulation के WVTRs होना चाहिए 10-3 -10-6 जी/एम2/day लंबी अवधि के लिए डिवाइस स्थिरता12,13, कार्बनिक डिवाइस में थोड़ा पानी प्रवेश सुनिश्चित करने के लिए भी बहुत कठोर शर्तें । के रूप में इस चैंबर के लिए एक दीर्घकालिक भंडारण या encapsulation विधि के बजाय परीक्षण प्रयोजनों के लिए एक नियंत्रित वातावरण बनाया है, एक प्रभावी चैंबर के लिए आवश्यकताओं के रूप में सख्त नहीं हैं । चैंबर के लिए एक उचित समय सीमा के भीतर डिवाइस संपत्तियों को बनाए रखने के लिए लक्षणीय प्रयोगों प्रदर्शन करने में सक्षम होना चाहिए । एक चैंबर में पीएलए परिणामों का उपयोग कर के मानक संचालन प्रक्रिया है जो कई दिनों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है या एक शामिल गैस प्रवाह के साथ भी हफ्तों, डिवाइस संपत्तियों का एक महत्वपूर्ण नुकसान के बिना ।
सामग्री, या यहां तक कि आकार और चैंबर शरीर के आकार में परिवर्तन काफी हवा से संदूषणों के चैंबर में प्रवेश को प्रभावित कर सकते हैं । इसलिए, नमी और ऑक्सीजन के प्रवेश के लिए सावधानी से प्रत्येक डिजाइन चैंबर की प्रभावकारिता निर्धारित करने के लिए निगरानी की जरूरत है । हम, इसके अतिरिक्त चैंबर के निर्माण के लिए, चैंबर के WVTR निर्धारित करने के लिए एक सरल प्रक्रिया रूपरेखा, एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध नमी संवेदक का उपयोग कर, प्रयोग के लिए चैंबर के उपयोग के लिए एक समय सीमा स्थापित करने के लिए.
इस तरह के एक सरल, अभी तक बहुमुखी चैंबर प्रयोगों के कई प्रकार के लिए अनुमति देता है प्रदर्शन किया जाएगा । वे विद्युत feedthrough बंदरगाहों और खिड़की के माध्यम से विद्युत और ऑप्टिकल characterizations के लिए उपयुक्त, glovebox बाहर निष्क्रिय वातावरण वातावरण के रूप में कार्य कर सकते हैं । उनकी पोर्टेबिलिटी की अनुमति देता है उंहें प्रयोगशाला के बाहर मानक बिजली के लक्षण वर्णन उपकरणों के साथ इस्तेमाल किया जा करने के लिए जहां वे निर्मित किया गया है, जो14 विश्वसनीयता के लिए राउंड रोबिन परीक्षण में उपयोगी है या डिवाइस की प्रमाणित माप प्राप्त करने के लिए प्रदर्शन15. इन मंडलों को भी विशेष रूप से नियंत्रित क्षरण परीक्षण के लिए संदूषणों की शुरूआत के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए उपयोगी हैं, सरल संशोधनों के साथ । 3d प्रिंटिंग का उपयोग डिवाइस लेआउट, आकारों, या परीक्षण आवश्यकताओं को बदलने के लिए एक महत्वपूर्ण, तेजी से अनुकूलन की अनुमति देता है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रयोग को फिर से बनाने के महत्वपूर्ण कदमों में दरारें, अंतराल, या गरीब से बचने के लिए कक्षों का मुद्रण शामिल है जो WVTR को कम कर सकते हैं, कक्ष सील करने के लिए KF50 दबाना कस द्वारा नमी और ऑक्सीजन के किसी भी प्?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों ने चैंबर्स के 3डी प्रिंटिंग के लिए पीटर Jonosson और मिल्ट्री न्यू मीडिया सेंटर को स्वीकार किया । इस शोध 436100-2013 RGPIN, ER15-11-123, इंजीनियरिंग उत्कृष्टता स्नातक ग्रीष्मकालीन अनुसंधान पुरस्कार के McMaster डीन द्वारा समर्थित था, और स्नातक अनुसंधान के अवसर कार्यक्रम ।
Materials
| 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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