naidheachdan

Tapadh leibh airson tadhal air Nature.Chan eil mòran taic aig an tionndadh brobhsair a tha thu a’ cleachdadh airson CSS. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu tionndadh nas ùire den bhrobhsair (no cuir dheth am modh co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). Aig an aon àm , gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, seallaidh sinn làraich gun stoidhlichean agus JavaScript.
Faodaidh stuthan cur-ris agus pròiseasan clò-bhualaidh aig teòthachd ìosal grunn innealan dealanach caitheamh-cumhachd agus caitheamh cumhachd fhilleadh a-steach air fo-stratan sùbailte aig cosgais ìosal. Co-phàirtean fulangach - inductors, capacitors, agus resistors - a’ coileanadh gnìomhan leithid sìoladh, stòradh lùth geàrr-ùine, agus tomhas bholtachd, a tha riatanach ann an electronics cumhachd agus mòran thagraidhean eile. resistors agus cuairtean RLC air an clò-bhualadh le sgrion air fo-stratan plastaig sùbailte, agus thoir cunntas air a’ phròiseas dealbhaidh gus an ìre strì an aghaidh inductors a lughdachadh gus an tèid an cleachdadh ann an innealan dealanach cumhachd. de diodes organach a tha a’ sgaoileadh solas agus bataraidhean sùbailte lithium-ion. Bithear a’ cleachdadh riaghladairean bholtachd gus cumhachd a thoirt dha na diodes bhon bhataraidh, a’ sealltainn comas co-phàirtean fulangach clò-bhuailte gus co-phàirtean traidiseanta air uachdar a chuir an àite ann an tagraidhean tionndaidh DC-DC.
Anns na bliadhnachan mu dheireadh, chaidh leasachadh a dhèanamh air cleachdadh diofar innealan sùbailte ann am bathar dealanach a ghabhas caitheamh agus sgìre mhòr agus an eadar-lìon de Things1,2. innealan stòraidh lùtha, leithid bataraidhean 6, 7; agus innealan caitheamh cumhachd, leithid mothachairean 8, 9, 10, 11, 12, agus tobraichean solais 13.Although chaidh adhartas mòr a dhèanamh ann an stòran lùtha agus luchdan fa leth, mar as trice bidh feum air na co-phàirtean sin ann an siostam dealanach iomlan gus cumhachd dealain a thoirt còmhla. faighinn thairis air mì-chothromachadh sam bith eadar giùlan solar cumhachd agus riatanasan luchdan.Mar eisimpleir, bidh bataraidh a’ gineadh bholtadh caochlaideach a rèir an staid cosgais aige. Bidh electronics cumhachd a’ cleachdadh co-phàirtean gnìomhach (transistors) gus gnìomhan suidse is smachd a choileanadh, a bharrachd air co-phàirtean fulangach (inductors, capacitors, agus resistors). , thathas a’ cleachdadh capacitor gus ripple bholtachd a lughdachadh, agus tha an tomhas bholtachd a tha riatanach airson smachd fios air ais air a dhèanamh le bhith a ’cleachdadh roinneadh resistor.
Feumaidh innealan dealanach cumhachd a tha freagarrach airson innealan so-ruigsinneach (leithid pulse oximeter 9) grunn bholt agus grunn milliamps, mar as trice ag obair anns an raon tricead ceudan de kHz gu grunn MHz, agus feumaidh iad grunn μH agus grunn inductance μH agus an capacitance μF 14 fa leth. 'S e an dòigh thraidiseanta airson na cuairtean sin a dhèanamh a bhith a' solaradh co-phàirtean fa leth gu bòrd cuairteachaidh clò-bhuailte teann (PCB). taobh a-muigh, an dàrna cuid a’ ceadachadh cuairtean àbhaisteach, no leis gu bheil an inductance agus an capacitance a tha a dhìth ro mhòr airson a chuir an gnìomh ann an silicon.
An coimeas ris an teicneòlas saothrachaidh traidiseanta stèidhichte air PCB, tha mòran bhuannachdan aig saothrachadh innealan dealanach agus chuairtean tron ​​​​phròiseas clò-bhualaidh cuir-ris a thaobh sìmplidheachd agus cosgais. agus eadar-cheanglaichean, tha clò-bhualadh a’ ceadachadh ioma-phàirtean a bhith air an dèanamh aig an aon àm, le glè bheag de cheumannan giullachd agus nas lugha de thùsan de stuthan15.Tha cleachdadh phròiseasan cur-ris an àite pròiseasan toirt air falbh leithid photolithography agus etching a’ lughdachadh tuilleadh iom-fhillteachd pròiseas agus sgudal stuthan16, 17, 18, agus 19.A bharrachd air an sin, tha an teòthachd ìosal a thathar a’ cleachdadh ann an clò-bhualadh co-chòrdail ri fo-stratan plastaig sùbailte agus saor, a’ ceadachadh pròiseasan saothrachaidh rolla-gu-rolla aig astar àrd a chleachdadh gus innealan dealanach 16, 20 a chòmhdach thairis air raointean mòra. nach gabh a thoirt gu buil gu h-iomlan le co-phàirtean clò-bhuailte, chaidh dòighean tar-chinealach a leasachadh anns a bheil co-phàirtean teicneòlas sreap uachdar (SMT) ceangailte ri fo-stratan sùbailte 21, 22, 23 ri taobh nam pàirtean clò-bhuailte aig teòthachd ìosal. riatanach gus na ghabhas de cho-phàirtean SMT a chuir an àite le co-phàirtean clò-bhuailte gus buannachdan phròiseasan a bharrachd fhaighinn agus sùbailteachd iomlan a’ chuairt a mheudachadh. Am measg nan diofar theicneòlasan airson saothrachadh electronics clò-bhuailte, tha clò-bhualadh sgrion gu sònraichte freagarrach airson co-phàirtean fulangach air sgàth cho tiugh ‘s a tha film (a tha riatanach gus strì an aghaidh feartan meatailt a lughdachadh). ) agus luaths clò-bhualaidh àrd, eadhon nuair a tha iad a’ còmhdach raointean ìre ceudameatair Tha an aon rud fìor aig amannan.Material 24.
Feumar call cho-phàirtean fulangach de uidheamachd dealanach cumhachd a lughdachadh, leis gu bheil èifeachdas a’ chuairt a ’toirt buaidh dhìreach air an ìre de lùth a dh’ fheumar gus cumhachd a thoirt don t-siostam. Mar sin, ged a chaidh beagan oidhirpean a dhèanamh gus an aghaidh 25, 26, 27, 28 de na coilichean clò-bhuailte a lughdachadh, tha fhathast dìth co-phàirtean fulangach clò-bhuailte àrd-èifeachdais airson innealan dealanach cumhachd.Gu ruige seo, tha mòran ag aithris fulangach clò-bhuailte Tha co-phàirtean air fo-stratan sùbailte air an dealbhadh gus obrachadh ann an cuairtean athshondach airson comharrachadh tricead rèidio (RFID) no adhbharan buain lùth 10, 12, 25, 27, 28, 29, 30, 31. 26, 32, 33, 34 nach eil air an ùrachadh airson tagraidhean sònraichte. An coimeas ri sin, bidh cuairtean dealanach cumhachd leithid riaghladairean bholtachd gu tric a’ cleachdadh phàirtean nas motha na innealan fulangach clò-bhuailte àbhaisteach agus chan fheum iad ath-shuidheachadh, agus mar sin tha feum air dealbhadh co-phàirteach eadar-dhealaichte.
An seo, bidh sinn a’ toirt a-steach dealbhadh agus optimachadh inductors clò-bhuailte sgrion anns an raon μH gus an strì an t-sreath as lugha agus àrd-choileanadh a choileanadh aig triceadan co-cheangailte ri cumhachd electronics.Screen-printed inductors, capacitors, agus resistors le diofar luachan phàirtean air an dèanamh air fo-stratan plastaig sùbailte. ) agus tha bataraidh lithium-ion sùbailte air a dhèanamh, agus tha riaghladair bholtachd air a chleachdadh gus cumhachd a thoirt don OLED bhon bhataraidh.
Gus inductors clò-bhuailte a dhealbhadh airson electronics cumhachd, rinn sinn ro-innse an-toiseach an aghaidh inductance agus DC sreath de geoimeatraidh inductor stèidhichte air a’ mhodail duilleag gnàthach a chaidh a mholadh ann am Mohan et al. 35, agus inductors dèanta de dhiofar geoimeatraidh gus dearbhadh Tha neo-mhearachdachd a’ mhodail.In obair seo, cruth cruinn a thaghadh airson an inductor oir inductance nas àirde 36 faodar a choileanadh le nas ìsle an aghaidh an coimeas ri polygonal geoimeatraidh.The buaidh inc Thathas an uairsin a’ cleachdadh na toraidhean seo leis a’ mhodal ammeter gus inneal-inntrigidh 4.7 μH agus 7.8 μH a dhealbhadh airson an ìre as ìsle de dh’ ionnsaigh DC.
Faodar iomradh a thoirt air an inductance agus an aghaidh DC de inductors shnìomhanach le grunn pharaimearan: trast-thomhas a-muigh dèan, leud tionndaidh w agus farsaingeachd s, àireamh oidhirpean n, agus strì an aghaidh duilleag stiùiridh Rsheet.Figure 1a a’ sealltainn dealbh de inductor cruinn clò-bhuailte le scrion sìoda le n = 12, a’ sealltainn nam paramadairean geoimeatrach a tha a’ dearbhadh an inductance.A rèir modal ammeter Mohan et al. 35, tha an inductance air a thomhas airson sreath de geoimeatraidh inductor, far a bheil
(a) Dealbh den inductor clò-bhuailte le sgrion a’ sealltainn na paramadairean geoimeatrach. Is e an trast-thomhas 3 cm.Inductance (b) agus strì DC (c) de dhiofar geoimeatraidh inductor. (d, e) Tha an aghaidh DC de inductors L1 agus L2 air an clò-bhualadh le inc airgid Dupont 5028 agus 5064H, fa leth.
Aig tricead àrd, atharraichidh buaidh craiceann agus capacitance dìosganach an aghaidh agus inductance an inductor a rèir a luach DC. le strì seasmhach ann an sreathan.
Tha inductance agus strì air a thomhas airson sreath de pharamadairean geoimeatrach a ghabhas coileanadh le clò-bhualadh sgrion, agus thathar an dùil gun tèid inductance anns an raon μH a ghineadh. , agus thathas a’ dèanamh coimeas eadar diofar oidhirpean. Tha inductance àireamhaichte agus luachan strì air an sealltainn ann am Figear 1b agus c, fa leth.Tha am modail a’ ro-innse gum bi an dà chuid inductance agus an-aghaidh àrdachadh mar a bhios an trast-thomhas a-muigh agus an àireamh de thionndaidhean ag àrdachadh, no mar a bhios leud na loidhne a’ dol sìos.
Gus measadh a dhèanamh air neo-mhearachdachd ro-innse modail, chaidh inductors de dhiofar geoimeatraidh agus inductances a dhèanamh air substrate polyethylene terephthalate (PET). an luach ris an robh dùil, gu h-àraidh mar thoradh air atharrachaidhean ann an tiugh agus èideadh an inc a chaidh a thasgadh, sheall an inductance aonta fìor mhath leis a’ mhodail.
Faodar na co-dhùnaidhean sin a chleachdadh gus inneal-inntrigidh a dhealbhadh leis an inductance a tha a dhìth agus an ìre as lugha de dh’ ionnsaigh DC.Mar eisimpleir, is dòcha gu bheil feum air inductance de 2 μH. Faodar an aon inductance a chruthachadh cuideachd le bhith a’ cleachdadh trast-thomhas a-muigh 5 cm, leud loidhne 500 μm agus tionndadh 5 no leud loidhne 1000 μm agus 7 tionndadh (mar a chithear san fhigear). A’ dèanamh coimeas eadar strì nan trì sin geoimeatraidh comasach ann am Figear 1c, gheibhear a-mach gur e 34 Ω an aghaidh as ìsle de inductor 5 cm le leud loidhne de 1000 μm, a tha timcheall air 40% nas ìsle na an dà eile. le strì as lugha air a gheàrr-chunntas mar a leanas: An toiseach, tagh an trast-thomhas a-muigh as àirde a tha ceadaichte a rèir na cuingeadan fànais a chuir an tagradh an sàs. (co-aontar (3)).
Le bhith ag àrdachadh an tighead no a’ cleachdadh stuth le seoltachd nas àirde gus strì an aghaidh duilleag an fhilm mheatailt a lughdachadh, faodar an aghaidh DC a lughdachadh tuilleadh gun a bhith a’ toirt buaidh air an inductance.Two inductors, aig a bheil paramadairean geoimeatrach air an toirt seachad ann an Clàr 1, ris an canar L1 agus L2, air an dèanamh le àireamhan eadar-dhealaichte de chòtaichean gus measadh a dhèanamh air an atharrachadh ann an aghaidh. sealltainn, le bhith a’ cur 6 sreathan de chòmhdach an sàs, gun gabh an strì an aghaidh a bhith air a lughdachadh suas ri 6 tursan, agus gu bheil an lùghdachadh as motha ann an strì (50-65%) a’ tachairt eadar còmhdach 1 agus còmhdach 2. Leis gu bheil gach sreath de inc caran tana, a Tha scrion le meud clèithe an ìre mhath beag (400 loidhnichean gach òirleach) air a chleachdadh gus na h-innealan-inntrigidh sin a chlò-bhualadh, a leigeas leinn sgrùdadh a dhèanamh air a’ bhuaidh a tha aig tiugh an stiùiriche air an aghaidh. Faodar an aon thiugh (agus strì) a choileanadh nas luaithe le bhith a’ clò-bhualadh àireamh nas lugha de chòtaichean le meud clèithe nas motha.
Tha figearan 1d agus e cuideachd a’ sealltainn le bhith a’ cleachdadh an inc flake airgid nas giùlain DuPont 5064H, gu bheil an aghaidh air a lughdachadh le factar de dhà. air fhaicinn gu bheil an giùlan nas ìsle den inc 5028 mar thoradh air cho mòr sa tha e agus gu bheil mòran bheàrn ann eadar na gràinean anns an fhilm clò-bhuailte. Ged a tha am film a nì an inc seo nas taine na an inc 5028, le aon shreath de 4 μm agus 6 sreathan de 22 μm, tha an àrdachadh ann an giùlan gu leòr gus an aghaidh iomlan a lughdachadh.
Mu dheireadh, ged a tha an inductance (co-aontar (1)) an crochadh air an àireamh de thionndaidhean (w + s), an aghaidh (co-aontar (5)) an crochadh a-mhàin air an leud loidhne w.Therefore, le bhith a 'meudachadh w an coimeas ri s, an aghaidh Tha an dà inductors a bharrachd L3 agus L4 air an dealbhadh gus am bi w = 2s agus trast-thomhas mòr a-muigh, mar a chithear ann an Clàr 1. coileanadh as àirde.The inductance de L3 tha 4.720 ± 0.002 μH agus an aghaidh tha 4.9 ± 0.1 Ω, fhad 'sa inductance de L4 tha 7.839 ± 0.005 μH agus 6.9 ± 0.1 Ω, a tha ann an ro-innse deagh aonta leis a' mhodail. àrdachadh ann an tiugh, seoltachd, agus w / s, tha seo a’ ciallachadh gu bheil an co-mheas L/R air a dhol suas nas motha na òrdugh meudachd an coimeas ris an luach ann am Figear 1.
Ged a tha strì ìosal DC gealltanach, tha feum air comharrachadh aig triceadan AC gus measadh a dhèanamh air freagarrachd innealan-inntrigidh airson uidheamachd dealanach cumhachd a tha ag obair anns an raon kHz-MHz. , tha an aghaidh fhathast an ìre mhath seasmhach aig a luach DC, fhad ‘s a tha an reactance ag àrdachadh gu sreathach le tricead, a tha a’ ciallachadh gu bheil an inductance seasmhach mar a bha dùil. L3 le 35.6 ± 0.3 MHz agus L4 le 24.3 ± 0.6 MHz. Aig triceadan 11 agus 16 MHz, fa leth.Tha an inductance beagan μH agus an ìre mhath àrd Q aig triceadan MHz a’ fàgail gu bheil na h-innealan-inntrigidh sin gu leòr airson innealan-inntrigidh traidiseanta uachdar-uachdair a chuir an àite luchd-tionndaidh DC-DC le cumhachd ìosal.
Tha an neart tomhaiste R agus reactance X (a) agus factar càileachd Q (b) de inductors L3 agus L4 co-cheangailte ri tricead.
Gus an lorg-coise a tha a dhìth airson capacitance sònraichte a lughdachadh, tha e nas fheàrr teicneòlas capacitor a chleachdadh le capacitance mòr sònraichte, a tha co-ionann ris an seasmhach dielectric ε air a roinn le tiugh an dielectric. mar an dielectric leis gu bheil epsilon nas àirde aige na dielectrics organach eile air a phròiseasadh le fuasgladh. , air an dèanamh le bhith a’ cleachdadh dhà no trì sreathan de inc dielectric gus toradh math a chumail suas. Tha gràinean barium titanate de mheud micron rim faicinn san ìomhaigh SEM leis gu bheil na raointean nas soilleire air an cuairteachadh leis an inneal-ceangail organach nas dorcha. film meatailt clò-bhuailte, mar a chithear san dealbh le àrdachadh nas àirde.
(a) Dealbh de capacitor le còig raointean eadar-dhealaichte.(b) Micrograf SEM tar-roinneil de capacitor le dà shreath de dielectric, a’ sealltainn barium titanate dielectric agus dealanan airgid.(c) Comasan capacitors le 2 agus 3 barium titanate fillidhean dielectric agus diofar raointean, air an tomhas aig 1 MHz.(d) An dàimh eadar capacitance, ESR, agus factar call capacitor 2.25 cm2 le 2 shreath de chòmhdach dielectric agus tricead.
Tha an capacitance co-roinneil ris an raon ris a bheil dùil. Mar a chithear ann am Figear 3c, is e comas sònraichte an dielectric dà-fhilleadh 0.53 nF / cm2, agus is e comas sònraichte an dielectric trì-fhilleadh 0.33 nF / cm2.Tha na luachan seo a’ freagairt ri seasmhach dielectric de 13.The Chaidh factar capacitance and dissipation (DF) a thomhas cuideachd aig diofar triceadan, mar a chithear ann am Figear 3d, airson capacitor 2.25 cm2 le dà shreath de dielectric. bho 1 gu 10 MHz, agus anns an aon raon, mheudaich DF bho 0.013 gu 0.023. Leis gur e am bàillidh sgaoilidh an co-mheas de chall lùtha ris an lùth a tha air a stòradh anns gach cearcall AC, tha DF de 0.02 a’ ciallachadh gu bheil 2% den chumhachd air a làimhseachadh Mar as trice bidh an call seo air a chuir an cèill mar an aghaidh sreath co-ionann a tha an urra ri tricead (ESR) ceangailte ann an sreath leis an capacitor, a tha co-ionann ri DF / ωC.Mar a chithear ann am Figear 3d, airson triceadan nas àirde na 1 MHz, Tha ESR nas ìsle na 1.5 Ω, agus airson triceadan nas motha na 4 MHz, tha ESR nas ìsle na 0.5 Ω.A dh’ aindeoin a bhith a’ cleachdadh an teicneòlas capacitor seo, tha feum aig na capacitors clas μF airson luchd-tionndaidh DC-DC air raon glè mhòr, ach tha an 100 pF- nF capacitance raon agus ìosal call capacitors sin gan dèanamh freagarrach airson iarrtasan eile, leithid sìoltachain agus athshondach chuairtean .Various dòighean faodar a chleachdadh gus àrdachadh capacitance.A àrd-ìre dielectric seasmhach a 'meudachadh an sònraichte capacitance 37; mar eisimpleir, faodar seo a choileanadh le bhith a’ meudachadh na tha de ghràineanan titanate barium anns an inc.Faodar tiugh dielectric nas lugha a chleachdadh, ged a dh’ fheumas seo dealan-dealan aig a’ bhonn le garbhachd nas ìsle na flake.Thinner airgid air a chlò-bhualadh le sgrion, capacitor roughness nas ìsle faodar sreathan a thasgadh le clò-bhualadh inkjet 31 no clò-bhualadh gravure 10, a ghabhas a chur còmhla ri pròiseas clò-bhualaidh sgrion. .
Mar as trice bidh roinneadh bholtachd air a dhèanamh suas de phaidhir resistors air a chleachdadh gus tomhas bholtachd a dhèanamh a tha riatanach airson smachd fios air ais bho riaghlaiche bholtachd. An seo, chaidh a lorg gur e 900 Ω / □ an aghaidh duilleag aig an inc gualain clò-bhuailte aon-fhilleadh 900 Ω / □. ) le strìan ainmichte de 10 kΩ, 100 kΩ, agus 1.5 MΩ.Tha an strì eadar na luachan ainmichte air a choileanadh le bhith a’ clò-bhualadh dhà no trì sreathan de inc, mar a chithear ann am Figear 4, agus dealbhan de na trì resists.Make 8- 12 sampall de gach seòrsa; anns a h-uile suidheachadh, is e an claonadh àbhaisteach an aghaidh 10% no nas lugha.Tha an atharrachadh an aghaidh shampall le dhà no trì sreathan de chòmhdach buailteach a bhith beagan nas lugha na an ìre de shamhlaichean le aon shreath de chòmhdach. agus tha an aonta dlùth leis an luach ainmichte a’ nochdadh gum faighear frith-rathaidean eile san raon seo gu dìreach le bhith ag atharrachadh geoimeatraidh an resistor.
Trì geoimeatraidh resistor eadar-dhealaichte le àireamhan eadar-dhealaichte de chòmhdach inc resistant gualain. Tha an dealbh de thrì resistors ri fhaicinn air an taobh dheas.
Tha cuairtean RLC nan eisimpleirean leabhar-teacsa clasaigeach de choimeasgaidhean resistor, inductor, agus capacitor a thathas a’ cleachdadh gus giùlan phàirtean fulangach a tha ceangailte ri fìor chuairtean clò-bhuailte a nochdadh agus a dhearbhadh. Tha 25 kΩ resistor ceangailte ann an co-shìnte riutha.Tha an dealbh den chuairt shùbailte air a shealltainn ann am Figear 5a.Is e an t-adhbhar airson a bhith a’ taghadh a’ chothlamadh sreath-co-shìnte sònraichte seo gu bheil a ghiùlan air a dhearbhadh le gach aon de na trì pàirtean tricead eadar-dhealaichte, gus am bi an Faodar coileanadh gach co-phàirt a chomharrachadh agus a mheasadh. Tha amplitude impedance agus ìre agus luachan tomhaiste air an sealltainn ann am Figearan 5c agus d.Aig tricead ìosal, tha bacadh àrd an capacitor a’ ciallachadh gu bheil giùlan a ’chuairt air a dhearbhadh leis an resistor 25 kΩ. tha an t-slighe LC a 'lùghdachadh; tha an giùlan cuairteachaidh gu lèir comasach gus am bi an tricead athshondach 2.0 MHz.Above the resonance tricead, tha an impedance inductive dominates.Figure 5 a’ sealltainn gu soilleir an aonta sàr-mhath eadar luachan àireamhaichte agus tomhaiste thairis air an raon tricead gu lèir. an seo (far a bheil inductors agus capacitors nan deagh phàirtean le strì an aghaidh sreath) ceart airson ro-innse giùlan cuairteachaidh aig na triceadan sin.
(a) Dealbh de chuairt RLC air a chlò-bhualadh le sgrion a bhios a’ cleachdadh measgachadh sreath de inductor 8 μH agus capacitor 0.8 nF ann an co-shìnte ri resistor 25 kΩ. (b) Modail cuairteachaidh a’ toirt a-steach strì an aghaidh inductor agus capacitor.(c) ,d) Amplitude bacaidh (c) agus ìre (d) den chuairt.
Mu dheireadh, tha inductors clò-bhuailte agus resistors air an cur an gnìomh anns an riaghladair àrdachadh.Is e an IC a thathar a’ cleachdadh san taisbeanadh seo Microchip MCP1640B14, a tha na riaghladair àrdachadh sioncronaich stèidhichte air PWM le tricead obrachaidh de 500 kHz.Tha an diagram cuairteachaidh ri fhaicinn ann am Figear 6a.A. Bithear a’ cleachdadh inductor 4.7 μH agus dà capacitor (4.7 μF agus 10 μF) mar eileamaidean stòraidh lùtha, agus thathas a’ cleachdadh paidhir resistors gus bholtadh toraidh an smachd fios-air-ais a thomhas. Tagh an luach an aghaidh gus an bholtadh toraidh atharrachadh gu 5 V. Tha an cuairteachadh air a dhèanamh air a’ PCB, agus tha a choileanadh air a thomhas taobh a-staigh an aghaidh luchdan agus an raon bholtachd cuir a-steach de 3 gu 4 V gus atharrais air bataraidh lithium-ion ann an diofar stàitean cosgais. èifeachdas inductors SMT agus resistors.SMT capacitors air an cleachdadh anns a h-uile cùis leis gu bheil an capacitance a tha a dhìth airson an tagradh seo ro mhòr airson a lìonadh le clò-bhuailte capacitors.
(a) Diagram de chuairt seasmhach bholtachd.(b–d) (b) Vout, (c) Vsw, agus (d) Cruthan tonn an t-sruth a’ sruthadh a-steach don inneal-inntrigidh, is e an bholtadh cuir a-steach 4.0 V, is e an aghaidh luchdan 1 kΩ, agus thathas a’ cleachdadh an inductor clò-bhuailte gus tomhas a dhèanamh. Bithear a’ cleachdadh resistors mount uachdar agus capacitors airson an tomhais seo.(e) Airson diofar fhrith-rathaidean agus bholtaids cuir a-steach, èifeachdas chuairtean riaghlaidh bholtachd a’ cleachdadh a h-uile pàirt sreap uachdar agus inductors clò-bhuailte agus resistors.(f) ) An co-mheas èifeachdais de chòmhdach uachdar agus cuairt clò-bhuailte air a shealltainn ann an (e).
Airson bholtaids cuir a-steach 4.0 V agus strì an aghaidh luchdan 1000 Ω, tha na tonnan a chaidh a thomhas a’ cleachdadh inductors clò-bhuailte air an sealltainn ann am Figear 6b-d. Tha Figear 6c a’ sealltainn an bholtaids aig ceann-uidhe Vsw an IC; tha bholtadh an inductor Vin-Vsw.Figure 6d a’ sealltainn an t-sruth a’ sruthadh a-steach don inductor.Tha èifeachdas a’ chuairte le SMT agus co-phàirtean clò-bhuailte air a shealltainn ann am Figear 6e mar ghnìomh bholtachd cuir a-steach agus strì an aghaidh luchdan, agus tha Figear 6f a’ sealltainn a’ cho-mheas èifeachdais Tha an èifeachdas a chaidh a thomhas le bhith a’ cleachdadh co-phàirtean SMT coltach ris an luach ris a bheil dùil air a thoirt seachad ann an duilleag dàta an neach-dèanamh 14.Aig sruth cuir a-steach àrd (an aghaidh luchdan ìosal agus bholtadh cuir a-steach ìosal), tha èifeachdas inductors clò-bhuailte gu math nas ìsle na Ach, le bholtaids cuir a-steach nas àirde agus sruth toraidh nas àirde, bidh call an aghaidh a’ fàs cho cudromach, agus tha coileanadh inductors clò-bhuailte a’ tòiseachadh a’ tighinn faisg air coileanadh inductors SMT. = 4.0 V no > 750 Ω agus Vin = 3.5 V, tha èifeachdas inductors clò-bhuailte nas àirde na 85% de inductors SMT.
Le bhith a’ dèanamh coimeas eadar an cruth tonn gnàthach ann am Figear 6d leis a’ chall cumhachd tomhaiste tha e a’ sealltainn gur e call an aghaidh an inductor prìomh adhbhar an eadar-dhealachaidh ann an èifeachdas eadar a’ chuairt clò-bhuailte agus an cuairteachadh SMT, mar a bha dùil. Is e bholtadh cuir a-steach agus strì an aghaidh luchdan 1000 Ω 30.4 mW agus 25.8 mW airson cuairtean le co-phàirtean SMT, agus 33.1 mW agus 25.2 mW airson cuairtean le co-phàirtean clò-bhuailte. Is e an sruth inductor RMS air a thomhas bhon chruth-tonn ann am Figear 6d 25.6 mA. Leis gur e an strì an aghaidh an t-sreath 4.9 Ω, is e an call cumhachd ris a bheil dùil 3.2 mW.Is e seo 96% den eadar-dhealachadh cumhachd 3.4 mW DC a tha air a thomhas. chan eil eadar-dhealachadh mòr ann an èifeachdas eadar iad.
An uairsin tha an riaghlaiche bholtachd air a dhèanamh air a ’PCB sùbailte (tha clò-bhualadh a’ chuairt agus coileanadh co-phàirt SMT air a shealltainn ann am Figear Leasachail S1) agus ceangailte eadar am bataraidh lithium-ion sùbailte mar an stòr cumhachd agus an raon OLED mar an luchd. A rèir Lochner et al. 9 Airson OLEDs a dhèanamh, bidh gach piogsail OLED ag ithe 0.6 mA aig 5 V. Bidh am bataraidh a’ cleachdadh lithium cobalt oxide agus graphite mar an catod agus anod, fa leth, agus tha e air a dhèanamh le còmhdach lann dotair, is e sin an dòigh clò-bhualaidh bataraidh as cumanta.7 An tha comas bataraidh 16mAh, agus is e an bholtadh rè an deuchainn 4.0V. Tha Figear 7 a’ sealltainn dealbh den chuairt air a’ PCB sùbailte, a’ toirt cumhachd do thrì piogsail OLED ceangailte ann an co-shìnte. innealan sùbailte is organach gus siostaman dealanach nas iom-fhillte a chruthachadh.
Dealbh den chuairt riaghlaiche bholtachd air PCB sùbailte a’ cleachdadh inductors clò-bhuailte agus resistors, a’ cleachdadh bataraidhean sùbailte lithium-ion gus cumhachd a thoirt do thrì LEDan organach.
Tha sinn air inductors clò-bhuailte sgrion, capacitors agus resistors a shealltainn le raon de luachan air fo-stratan PET sùbailte, leis an amas a bhith a’ cur an àite pàirtean sreap uachdar ann an uidheamachd dealanach cumhachd.Tha sinn air sealltainn le bhith a’ dealbhadh shnìomhanach le trast-thomhas mòr, ìre lìonaidh , agus co-mheas leud loidhne-fànais, agus le bhith a’ cleachdadh sreath thiugh de dh’ inc le seasamh ìosal. ùidh ann an cumhachd eileagtronaigeach.
Tha cùisean cleachdaidh àbhaisteach airson innealan dealanach cumhachd clò-bhuailte nan siostaman dealanach sùbailte a ghabhas caitheamh no amalaichte le toradh, le cumhachd bho bataraidhean sùbailte ath-thagraidh (leithid lithium-ion), as urrainn bholtaids caochlaideach a ghineadh a rèir staid cosgais. Uidheam dealanach organach) feumach air bholtadh seasmhach no nas àirde na toradh bholtachd leis a’ bhataraidh, tha feum air riaghladair bholtachd. de 5 V bho sholarachadh cumhachd bataraidh bholtachd caochlaideach. tha call resistive anns an inductor fhathast na fheart cuibhrichte airson coileanadh cuairteachaidh aig ìrean sruth àrd (sruth cuir a-steach nas àirde na timcheall air 10 mA). Ach, aig sruthan nas ìsle, tha na call san inductor air a lughdachadh, agus tha an coileanadh iomlan air a chuingealachadh leis an èifeachdas Leis gu bheil feum aig mòran innealan clò-bhuailte agus organach air sruthan gu math ìosal, leithid na OLEDs beaga a thathas a’ cleachdadh nar taisbeanadh, faodar inductors cumhachd clò-bhuailte a mheas iomchaidh airson an leithid de thagraidhean. faodar èifeachdas tionndaidh iomlan nas àirde a choileanadh.
Anns an obair seo, tha an riaghlaiche bholtachd air a thogail air a’ PCB traidiseanta, PCB sùbailte agus teicneòlas solder co-phàirteach uachdar, fhad ‘s a tha am pàirt clò-bhuailte air a dhèanamh air substrate air leth. bu chòir do fhilmichean clò-bhuailte leigeil le co-phàirtean fulangach, a bharrachd air an eadar-cheangal eadar an inneal agus na padaichean conaltraidh co-phàirteach uachdar, a bhith air an clò-bhualadh air substrate sam bith. thèid an cuairteachadh gu lèir a thogail air fo-stratan saor (leithid PET) gun fheum air pròiseasan toirt air falbh leithid PCB etching. le electronics cumhachd àrd-choileanaidh, a’ cleachdadh fo-stratan saor, sa mhòr-chuid pròiseasan cuir-ris agus glè bheag de cho-phàirtean air an uachdar.
A’ cleachdadh clò-bhualadair sgrion Asys ASP01M agus scrion stàilinn gun staoin air a thoirt seachad le Dynamesh Inc., chaidh a h-uile sreath de cho-phàirtean fulangach a chlò-bhualadh air substrate PET sùbailte le tiugh de 76 μm. loidhnichean gach òirleach airson an còmhdach dielectric agus an còmhdach dìon.Cleachd feachd squeegee de 55 N, astar clò-bhualaidh 60 mm / s, astar brisidh 1.5 mm, agus squeegee Serilor le cruas 65 (airson meatailt agus resistant sreathan) no 75 (airson sreathan dielectric) airson clò-bhualadh sgrion.
Tha na sreathan giùlain - an inductors agus fiosan capacitors agus resistors - air an clò-bhualadh le inc microflake airgid DuPont 5082 no DuPont 5064H. Tha an resistor air a chlò-bhualadh le stiùiriche gualain DuPont 7082. Bithear a’ toirt a-mach gach sreath de dielectric le bhith a’ cleachdadh cearcall clò-bhualaidh dà-bhealaich (fliuch-fliuch) gus èideadh an fhilm a leasachadh. chaidh iomadh còmhdach den aon stuth a thiormachadh aig 70 ° C airson 2 mhionaid eadar còmhdach. Às deidh an còta mu dheireadh de gach stuth a chuir a-steach, chaidh na sampallan a bhruich aig 140 ° C airson 10 mionaidean gus dèanamh cinnteach à tiormachadh iomlan. Tha an ceangal le meadhan an inductor air a choileanadh le bhith a’ gearradh toll troimhe ann am pad an ionaid agus lorgan clò-bhualaidh stencil air cùl an fho-strat le inc DuPont 5064H. Bidh an eadar-cheangal eadar uidheamachd clò-bhualaidh cuideachd a’ cleachdadh Dupont 5064H clò-bhualadh stencil
Lithium cobalt oxide (LCO) agus graphite stèidhichte electrodes air an cleachdadh mar an catode agus anode a 'bhataraidh, fa leth.The catod slurry measgachadh de 80% LCO (MTI Corp.), 7.5% graphite (KS6, Timcal), 2.5 % carbon dubh (Super P, Timcal) agus 10% polyvinylidene fluoride (PVDF, Kureha Corp.). ) Tha an anod na mheasgachadh de 84wt% grafait, 4wt% carbon dubh agus 13wt% PVDF.N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP, Sigma Aldrich) air a chleachdadh gus an inneal-ceangail PVDF a sgaoileadh agus an siod a sgaoileadh. Thathas a’ cleachdadh foil stàilinn stainless 0.0005 òirleach tiugh agus foil nicil 10 μm mar luchd-cruinneachaidh gnàthach airson an catod agus anode, fa leth. mm/s.Heat an dealan ann an àmhainn aig 80 ° C airson 2 uair a thìde gus an solvent a thoirt air falbh.Tha àirde an dealan às deidh tiormachadh timcheall air 60 μm, agus stèidhichte air cuideam an stuth gnìomhach, is e an comas teòiridheach 1.65 mAh /cm2.Chaidh na dealanan a ghearradh ann an tomhasan 1.3 × 1.3 cm2 agus an teasachadh ann an àmhainn falamh aig 140 ° C thar oidhche, agus an uairsin bha iad air an seuladh le pocannan laminate alùmanum ann am bogsa miotag làn nitrogen. Tha anod agus catod agus 1M LiPF6 ann an EC / DEC (1: 1) air a chleachdadh mar an electrolyte bataraidh.
Tha Green OLED air a dhèanamh suas de poly (9,9-dioctylfluorene-co-n- (4-butylphenyl) -diphenylamine) (TFB) agus poly ((9,9-dioctylfluorene-2,7- (2,1,3-benzothiadiazole-) 4, 8-diyl)) (F8BT) a rèir a’ mhodh-obrach a tha air a mhìneachadh ann an Lochner et al.
Cleachd Dektak stylus profiler gus tighead film a thomhas.Chaidh am film a ghearradh gus sampall tar-roinneil ullachadh airson sgrùdadh le bhith a’ sganadh microscopy dealanach (SEM). Chaidh an sgrùdadh SEM a dhèanamh aig bholtadh luathachaidh de 20 keV agus astar obrach àbhaisteach de 10 mm.
Cleachd multimeter didseatach gus strì an aghaidh DC, bholtadh agus sruth a thomhas.Tha bacadh AC de inductors, capacitors agus chuairtean air a thomhas a’ cleachdadh meatair Agilent E4980 LCR airson triceadan fo 1 MHz agus anailisiche lìonra Agilent E5061A air a chleachdadh airson triceadan os cionn 500 kHz a thomhas. Osciloscope Tektronix TDS 5034 gus cruth tonn an riaghlaiche bholtachd a thomhas.
Mar a ghairm an artaigil seo: Ostfeld, AE, etc.Screen clò-bhualadh fulangach co-phàirtean airson sùbailte cumhachd dealanach equipment.science.Rep. 5, 15959; doi: 10.1038/srep15959 (2015).
Nathan, A. et al.Flexible electronics: an ath àrd-ùrlar uile-làthaireach.Process IEEE 100, 1486-1517 (2012).
Rabaey, JM Daonna eadra-lìon: Àite far a bheil buidhnean a 'coinneachadh ri daoine. 13).
Krebs, FC etc.OE-A OPV taisbeanaiche anno domini 2011.Energy environment.science.4, 4116–4123 (2011).
Ali, M., Prakash, D., Zillger, T., Singh, PK & Hübler, AC clò-bhuailte piezoelectric buain lùth innealan.Advanced lùth stuthan.4. 1300427 (2014).
Chen, A., Madan, D., Wright, PK & Evans, JW Dispenser-clò-bhualadh film tiugh còmhnard gineadair lùth thermoelectric.J. Micromechanics Microengineering 21, 104006 (2011).
Gaikwad, AM, Steingart, DA, Ng, TN, Schwartz, DE & Whiting, GL Bataraidh clò-bhuailte sùbailte àrd-chomasach air a chleachdadh gus cumhachd a thoirt do dh’ innealan dealanach clò-bhuailte.App Physics Wright.102, 233302 (2013).
Gaikwad, AM, Arias, AC & Steingart, DA Na leasachaidhean as ùire ann am bataraidhean sùbailte clò-bhuailte: dùbhlain meacanaigeach, teicneòlas clò-bhualaidh agus dùilean san àm ri teachd.Teicneòlas lùtha.3, 305–328 (2015).
Siostam mothachaidh mòr-sgèile a tha a’ ceangal innealan dealanach sgìreil agus CMOS ICs airson sgrùdadh slàinte structarail.IEEE J. Solid State Circuit 49, 513–523 (2014).