nouvèl

Mèsi paske w te vizite Nature.Vèsyon navigatè w ap itilize a gen yon sipò limite pou CSS.Pou pi bon eksperyans, nou rekòmande pou w itilize yon vèsyon ki pi nouvo nan navigatè a (oswa fèmen mòd konpatibilite nan Internet Explorer).An menm tan an. , pou asire sipò kontinye, nou pral montre sit san estil ak JavaScript.
Aditif ak pwosesis enprime ba-tanperati ka entegre divès kalite aparèy elektwonik ki konsome pouvwa ak konsome pouvwa sou substrats fleksib nan pri ki ba.Sepandan, pwodiksyon an nan sistèm elektwonik konplè soti nan aparèy sa yo anjeneral mande pou aparèy elektwonik pouvwa konvèti ant vòltaj yo opere divès kalite nan. aparèy yo.Konpozan pasif-induktè, kondansateur, ak rezistans-fè fonksyon tankou filtraj, depo enèji a kout tèm, ak mezi vòltaj, ki esansyèl nan elektwonik pouvwa ak anpil lòt aplikasyon.Nan atik sa a, nou prezante induktè, kondansateur, rezistans ak sikui RLC ekran-enprime sou substrats plastik fleksib, epi rapòte pwosesis la konsepsyon pou misyon pou minimize rezistans nan seri nan induktè pou yo ka itilize nan aparèy elektwonik pouvwa .Endiktè a enprime ak rezistans yo Lè sa a, enkòpore nan kous la regilatè ogmantasyon. nan òganik limyè-emisyon dyod ak fleksib ityòm-ion pil.Regilatè vòltaj yo itilize pou pouvwa dyod yo soti nan batri a, demontre potansyèl la nan enprime eleman pasif ranplase konpozan tradisyonèl mòn sifas nan aplikasyon pou konvètisè DC-DC.
Nan dènye ane yo, aplikasyon an nan divès kalite aparèy fleksib nan pwodwi elektwonik portable ak gwo zòn ak Entènèt bagay sa yo1,2 te devlope.Sa yo enkli aparèy rekòlte enèji, tankou fotovoltaik 3, piezoelectric 4, ak thermoelectric 5;aparèy depo enèji, tankou pil 6, 7;ak aparèy ki konsome pouvwa, tankou detèktè 8, 9, 10, 11, 12, ak sous limyè 13.Malgre ke yo te fè gwo pwogrè nan sous enèji endividyèl ak chaj, konbine eleman sa yo nan yon sistèm elektwonik konplè anjeneral mande pou elektwonik pouvwa a. simonte nenpòt dezakò ant konpòtman ekipman pou pouvwa ak kondisyon chaj. Pou egzanp, yon batri jenere yon vòltaj varyab selon eta chaj li yo.Si chaj la mande pou yon vòltaj konstan, oswa pi wo pase vòltaj la ke batri a ka jenere, elektwonik pouvwa yo mande .Electronik pouvwa yo sèvi ak konpozan aktif (tranzistò) pou fè fonksyon switch ak kontwòl, osi byen ke konpozan pasif (induktè, kondansateur, ak rezistans) .Pou egzanp, nan yon sikwi regilatè switching, yo itilize yon induktè pou estoke enèji pandan chak sik switch. , yo itilize yon kondansateur pou diminye rid vòltaj, ak mezi vòltaj ki nesesè pou kontwòl fidbak yo fè lè l sèvi avèk yon divizeur rezistans.
Pouvwa aparèy elektwonik ki apwopriye pou aparèy portable (tankou oksimèt batman kè 9) mande pou plizyè vòlt ak plizyè miliamp, anjeneral opere nan seri frekans nan dè santèn de kHz a plizyè MHz, epi mande pou plizyè μH ak plizyè μH enduktans ak kapasite μF la se 14 respektivman.Metòd tradisyonèl pou fabrike sikwi sa yo se soude konpozan disrè nan yon tablo sikwi enprime rijid (PCB).Malgre konpozan aktif nan sikwi elektwonik pouvwa yo anjeneral konbine nan yon sikwi entegre Silisyòm (IC), konpozan pasif yo anjeneral. ekstèn, swa ki pèmèt sikwi koutim, oswa paske enduktans ki nesesè yo ak kapasite yo twò gwo yo dwe aplike nan Silisyòm.
Konpare ak teknoloji manifakti tradisyonèl ki baze sou PCB, fabrikasyon aparèy elektwonik ak sikui atravè pwosesis enprime aditif la gen anpil avantaj an tèm de senplisite ak pri.Premyèman, depi anpil eleman nan kous la mande pou menm materyèl yo, tankou metal pou kontak. ak entèrkoneksyon, enprime pèmèt plizyè konpozan yo dwe fabrike an menm tan, ak relativman kèk etap pwosesis ak mwens sous materyèl15. Itilizasyon pwosesis aditif pou ranplase pwosesis soustraktif tankou fotolitografi ak grave diminye plis konpleksite pwosesis ak fatra materyèl16, 17, 18, ak 19.Anplis de sa, tanperati ki ba yo itilize nan enprime yo konpatib ak substrats plastik fleksib ak chè, sa ki pèmèt itilize nan gwo vitès woulo liv-a-woule pwosesis manifakti yo kouvri aparèy elektwonik 16, 20 sou gwo zòn.Pou aplikasyon. ki pa ka konplètman reyalize ak eleman enprime, metòd ibrid yo te devlope nan ki konpozan sifas mòn teknoloji (SMT) yo konekte ak substrats fleksib 21, 22, 23 akote eleman yo enprime nan tanperati ki ba.Nan apwòch ibrid sa a, li toujou. nesesè pou ranplase otan ke posib konpozan SMT ak tokay enprime pou jwenn benefis ki genyen nan pwosesis adisyonèl ak ogmante fleksibilite an jeneral nan kous la. Nan lòd reyalize elektwonik pouvwa fleksib, nou te pwopoze yon konbinezon de eleman SMT aktif ak ekran-enprime pasif. konpozan, ak anfaz espesyal sou ranplase ankonbran SMT induktè ak espiral planar induktè.Pami divès kalite teknoloji pou fabrikasyon elektwonik enprime, ekran enprime se patikilyèman apwopriye pou konpozan pasif paske nan epesè fim gwo li yo (ki nesesè pou misyon pou minimize rezistans nan seri nan karakteristik metal). ) ak gwo vitès enprime, menm lè yo kouvri zòn santimèt-nivo Menm bagay la tou vre pafwa.Materyèl 24.
Pèt la nan eleman pasif nan ekipman elektwonik pouvwa dwe minimize, paske efikasite nan kous la dirèkteman afekte kantite enèji ki nesesè pou pouvwa sistèm nan. rezistans.Se poutèt sa, byenke kèk efò yo te fè pou misyon pou minimize rezistans 25, 26, 27, 28 nan bobin yo enprime, toujou gen yon mank de segondè-efikasite enprime eleman pasif pou pouvwa aparèy elektwonik.Pou dat, anpil rapòte enprime pasif. konpozan sou substrat fleksib yo fèt pou opere nan sikui sonan pou idantifikasyon frekans radyo (RFID) oswa rezon rekòlte enèji 10, 12, 25, 27, 28, 29, 30, 31. Gen lòt ki konsantre sou devlopman materyèl oswa pwosesis fabrikasyon epi montre konpozan jenerik. 26, 32, 33, 34 ki pa optimize pou aplikasyon espesifik.Okontrè, pouvwa sikui elektwonik tankou regilatè vòltaj yo souvan itilize pi gwo konpozan pase aparèy tipik enprime pasif epi yo pa mande pou sonorite, kidonk diferan konsepsyon eleman yo mande yo.
Isit la, nou prezante konsepsyon ak optimize ekran enprime induktè nan seri μH pou reyalize pi piti rezistans seri a ak pèfòmans segondè nan frekans ki gen rapò ak elektwonik pouvwa. sou substrats plastik fleksib. Konvnab eleman sa yo pou pwodwi elektwonik fleksib te premye demontre nan yon sikwi RLC senp. Inductor a enprime ak rezistans yo Lè sa a, entegre ak IC a yo fòme yon regilatè ranfòse. Finalman, yon òganik limyè-emisyon dyod (OLED) ) ak yon batri fleksib ityòm-ion yo fabrike, epi yo itilize yon regilatè vòltaj pou pouvwa OLED a soti nan batri a.
Yo nan lòd yo konsepsyon induktè enprime pou elektwonik pouvwa, nou premye prevwa enduktans la ak rezistans DC nan yon seri de jeyometri induktè ki baze sou modèl fèy aktyèl la pwopoze nan Mohan et al.35, ak fabrike induktè nan jeyometri diferan konfime presizyon nan modèl la.Nan travay sa a, yo te chwazi yon fòm sikilè pou induktè a paske yon enduktans ki pi wo 36 ka reyalize ak yon rezistans pi ba konpare ak yon jeyometri poligonal.Enfliyans lank. se kalite ak kantite sik enprime sou rezistans detèmine.Rezilta sa yo te Lè sa a, itilize ak modèl la ammeter nan konsepsyon 4.7 μH ak 7.8 μH induktè optimize pou rezistans DC minimòm.
Ka enduktans la ak rezistans DC nan induktè espiral dwe dekri pa plizyè paramèt: dyamèt ekstèn fè, vire lajè w ak espas s, kantite vire n, ak rezistans fèy kondiktè Rsheet.Figure 1a montre yon foto nan yon silk-screen enprime sikilè induktè sikilè. ak n = 12, ki montre paramèt jeyometrik ki detèmine enduktans li yo.Dapre modèl ammèt Mohan et al.35, inductance a kalkile pou yon seri de jeyometri induktè, kote
(a) Yon foto ekran-enprime induktè a ki montre paramèt jeyometrik yo.Dyamèt la se 3 cm.Inductance (b) ak rezistans DC (c) nan divès kalite jeyometri induktè.Liy yo ak mak koresponn ak valè kalkile ak mezire, respektivman. (d, e) Rezistans DC induktè L1 ak L2 yo enprime ekran ak lank ajan Dupont 5028 ak 5064H, respektivman. (f,g) SEM mikrografi nan ekran fim yo enprime pa Dupont 5028 ak 5064H, respektivman.
Nan frekans segondè yo, efè po a ak kapasite parazit yo pral chanje rezistans ak enduktans nan induktè a dapre valè DC li yo. Inductor a espere travay nan yon frekans ase ba ke efè sa yo se neglijab, ak aparèy la konpòte li kòm yon inductance konstan. ak yon rezistans konstan nan seri.Se poutèt sa, nan travay sa a, nou analize relasyon ki genyen ant paramèt jeyometrik, enduktans, ak rezistans DC, epi itilize rezilta yo jwenn yon enduktans bay ak pi piti rezistans DC.
Inductance ak rezistans yo kalkile pou yon seri de paramèt jewometrik ki ka reyalize pa enprime ekran, epi li espere ke inductance nan seri a μH yo pral pwodwi. Dyamèt ekstèn yo nan 3 ak 5 cm, lajè liy yo nan 500 ak 1000 mikron. , ak divès vire yo konpare.Nan kalkil la, li sipoze ke rezistans fèy la se 47 mΩ/□, ki koresponn ak yon kouch kondiktè 7 μm epè Dupont 5028 ajan microflake enprime ak yon ekran may 400 ak anviwònman w = s.The enduktans kalkile ak valè rezistans yo montre nan Figi 1b ak c, respektivman. Modèl la predi ke tou de enduktans ak rezistans ogmante kòm dyamèt ekstèn lan ak kantite vire ogmante, oswa kòm lajè liy lan diminye.
Yo nan lòd yo evalye presizyon nan prediksyon modèl, induktè nan divès kalite jeyometri ak enduktans yo te fabrike sou yon substra polyethylene terephthalate (PET). valè a te espere, sitou akòz chanjman nan epesè a ak inifòmite nan lank la depoze, inductance a te montre trè bon akò ak modèl la.
Rezilta sa yo ka itilize pou desine yon induktè ki gen enduktans ki nesesè yo ak rezistans DC minimòm. Pou egzanp, sipoze yon enduktans 2 μH nesesè. Figi 1b montre ke enduktans sa a ka reyalize ak yon dyamèt ekstèn 3 cm, yon lajè liy. nan 500 μm, ak 10 vire.Ka menm inductance a tou ap pwodwi lè l sèvi avèk 5 cm dyamèt ekstèn, 500 μm lajè liy ak 5 vire oswa 1000 μm lajè liy ak 7 vire (jan yo montre nan figi a).Konpare rezistans yo nan twa sa yo. jeyometri posib nan Figi 1c, li ka jwenn ke rezistans ki pi ba a nan yon induktè 5 cm ak yon lajè liy nan 1000 μm se 34 Ω, ki se apeprè 40% pi ba pase de lòt yo. Pwosesis konsepsyon jeneral la reyalize yon inductance bay. ak yon rezistans minimòm se rezime jan sa a: Premyèman, chwazi maksimòm dyamèt ekstèn akseptab selon kontrent espas ki enpoze pa aplikasyon an.Lè sa a, lajè liy lan ta dwe pi gwo ke posib pandan y ap toujou reyalize enduktans ki nesesè pou jwenn yon pousantaj ranpli segondè. (Ekwasyon (3)).
Lè yo ogmante epesè a oswa lè l sèvi avèk yon materyèl ki gen pi wo konduktiviti pou diminye rezistans fèy fim metal la, rezistans DC a ka redwi plis san yo pa afekte inductance.Two induktè, ki gen paramèt jewometrik yo bay nan Tablo 1, ki rele L1 ak L2, yo fabrike ak diferan kantite kouch pou evalye chanjman nan rezistans. Kòm kantite kouch lank ogmante, rezistans a diminye pwopòsyonèlman jan yo espere, jan yo montre nan Figi 1d ak e, ki se induktè L1 ak L2, respektivman.Figi 1d ak e montre ke lè w aplike 6 kouch kouch, rezistans a ka redwi jiska 6 fwa, ak rediksyon maksimòm nan rezistans (50-65%) rive ant kouch 1 ak kouch 2. Depi chak kouch lank se relativman mens, yon ekran ki gen yon gwosè kadriyaj relativman ti (400 liy pou chak pous) yo itilize pou enprime induktè sa yo, ki pèmèt nou etidye efè epesè kondiktè sou rezistans. Osi lontan ke karakteristik modèl yo rete pi gwo pase rezolisyon minimòm kadriyaj la, yon epesè menm jan an (ak rezistans) ka reyalize pi vit pa enprime yon pi piti kantite kouch ak yon pi gwo gwosè kadriyaj.Metòd sa a ka itilize pou reyalize menm rezistans DC a kòm induktè a 6-kouvwi diskite isit la, men ak yon vitès pwodiksyon ki pi wo.
Figi 1d ak e montre tou ke lè l sèvi avèk plis kondiktif lank an ajan flake DuPont 5064H, rezistans a redwi pa yon faktè de de. Soti nan mikrografi SEM nan fim yo enprime ak de lank yo (Figi 1f, g), li kapab wè ke konduktiviti ki pi ba nan lank la 5028 se akòz gwosè patikil ki pi piti li yo ak prezans nan anpil vid ant patikil yo nan fim nan enprime.Nan lòt men an, 5064H gen pi gwo, pi byen ranje flak, ki fè li konpòte li pi pre esansyèl. ajan.Malgre ke fim nan ki te pwodwi pa lank sa a se pi mens pase lank 5028 la, ak yon kouch sèl nan 4 μm ak 6 kouch nan 22 μm, ogmantasyon nan konduktiviti se ase diminye rezistans an jeneral.
Finalman, byenke enduktans la (ekwasyon (1)) depann de kantite vire (w + s), rezistans (ekwasyon (5)) depann sèlman sou lajè liy lan w.Se poutèt sa, lè w ogmante w parapò ak s, rezistans lan. ka pi lwen redwi.De induktè adisyonèl L3 ak L4 yo fèt pou gen w = 2s ak yon gwo dyamèt ekstèn, jan yo montre nan tablo 1.Inductors sa yo fabrike ak 6 kouch DuPont 5064H kouch, jan yo montre pi bonè, bay la. pèfòmans ki pi wo.Enduktans L3 a se 4.720 ± 0.002 μH ak rezistans a se 4.9 ± 0.1 Ω, pandan y ap enduktans L4 se 7.839 ± 0.005 μH ak 6.9 ± 0.1 Ω, ki an bon akò ak modèl la prediksyon. ogmantasyon nan epesè, konduktiviti, ak w / s, sa vle di ke rapò a L / R te ogmante pa plis pase yon lòd nan grandè parapò ak valè a nan Figi 1.
Malgre ke rezistans DC ba pwomèt, evalye konvnab induktè pou ekipman elektwonik pouvwa ki opere nan seri kHz-MHz mande pou karakterizasyon nan frekans AC. Figi 2a montre depandans frekans rezistans ak reaktans L3 ak L4.Pou frekans ki anba a 10 MHz. , rezistans a rete apeprè konstan nan valè DC li yo, pandan y ap reaktans la ogmante lineyè ak frekans, ki vle di ke enduktans la se konstan jan yo espere.Se frekans nan pwòp tèt ou-sonans defini kòm frekans nan ki enpedans la chanje soti nan endiktif nan kapasitif, ak L3 se 35.6 ± 0.3 MHz ak L4 se 24.3 ± 0.6 MHz. Depandans frekans nan faktè bon jan kalite Q (egal a ωL/R) yo montre nan Figi 2b.L3 ak L4 reyalize faktè kalite maksimòm 35 ± 1 ak 33 ± 1. nan frekans 11 ak 16 MHz, respektivman.Inductance nan kèk μH ak Q a relativman wo nan frekans MHz fè induktè sa yo ase ranplase induktè tradisyonèl sifas-mòn nan konvètisè DC-DC ki ba-pouvwa.
Rezistans mezire R ak reaktans X (a) ak bon jan kalite faktè Q (b) induktè L3 ak L4 gen rapò ak frekans.
Yo nan lòd yo minimize anprint ki nesesè pou yon kapasite bay, li pi bon yo sèvi ak teknoloji kondansateur ak yon gwo kapasite espesifik, ki egal a konstan dyelèktrik la ε divize pa epesè nan dyelèktrik la.Nan travay sa a, nou te chwazi barium titanate konpoze. kòm dielectric la paske li gen yon epsilon ki pi wo pase lòt solisyon-trete òganik dielectrics.The kouch dielectric se ekran enprime ant de kondiktè yo an ajan yo fòme yon estrikti metal-dielectric-metal.Kondansateur ak divès gwosè nan santimèt, jan yo montre nan Figi 3a. , yo fabrike lè l sèvi avèk de oswa twa kouch lank dyelèktrik pou kenbe bon rannman.Figi 3b montre yon mikrograf SEM transvèsal nan yon kondansateur reprezantan ki fèt ak de kouch dyelèktrik, ak yon epesè total dyelèktrik nan 21 μm.The anwo ak anba elektwòd. se yon sèl-kouch ak sis-kouch 5064H respektivman.Micron ki menm gwosè ak patikil barium titanate yo vizib nan imaj la SEM paske zòn ki pi klere yo antoure pa lyan òganik ki pi fonse. Lank dielectric la mouye elektwòd anba a byen epi li fòme yon koòdone klè ak la fim metal enprime, jan yo montre nan ilistrasyon an ak pi gwo agrandisman.
(a) Yon foto yon kondansateur ki gen senk zòn diferan. (b) Mikrograf SEM transvèsal yon kondansateur ki gen de kouch dyelèktrik, ki montre dyelèktrik barium titanate ak elektwòd ajan. (c) Kapasite kondansateur ki gen 2 ak 3 titanat barium. kouch dielectric ak diferan zòn, mezire nan 1 MHz.(d) Relasyon ki genyen ant kapasite, ESR, ak faktè pèt nan yon kondansateur 2.25 cm2 ak 2 kouch kouch dielectric ak frekans.
Kapasite a pwopòsyonèl ak zòn espere a.Jan yo montre nan Figi 3c, kapasite espesifik nan de-kouch dyelèktrik la se 0.53 nF / cm2, ak kapasite espesifik nan twa-kouch dyelèktrik la se 0.33 nF / cm2. Valè sa yo koresponn ak yon konstan dyelèktrik nan 13.The kapasite ak faktè dissipation (DF) yo te mezire tou nan frekans diferan, jan yo montre nan Figi 3d, pou yon kondansateur 2.25 cm2 ak de kouch dielectric.Nou te jwenn ke kapasite a te relativman plat nan seri a frekans nan enterè, ogmante pa 20% soti nan 1 a 10 MHz, pandan y ap nan menm seri a, DF ogmante soti nan 0.013 a 0.023.Depi faktè a dissipation se rapò a nan pèt enèji ak enèji ki estoke nan chak sik AC, yon DF nan 0.02 vle di ke 2% nan pouvwa a okipe. pa kondansateur a se consumed.This pèt anjeneral eksprime kòm frekans-depandan rezistans nan ekivalan seri (ESR) konekte nan seri ak kondansateur a, ki egal a DF / ωC.Jan yo montre nan Figi 3d, pou frekans ki pi gran pase 1 MHz, ESR se pi ba pase 1.5 Ω, ak pou frekans ki pi gran pase 4 MHz, ESR se pi ba pase 0.5 Ω. Malgre ke w ap itilize teknoloji kondansateur sa a, kondansateur μF-klas ki nesesè pou konvètisè DC-DC mande pou yon zòn trè gwo, men 100 pF- nF ranje kapasite ak pèt ki ba nan kondansateur sa yo fè yo apwopriye pou lòt aplikasyon, tankou filtè ak sikui sonan .Metòd divès kalite ka itilize pou ogmante kapasite a.Yon konstan dyelèktrik ki pi wo ogmante kapasite espesifik 37 la;pou egzanp, sa a ka reyalize nan ogmante konsantrasyon nan patikil titanat barium nan lank la.Yon ka pi piti epesè dyelèktrik dwe itilize, byenke sa a mande pou yon elektwòd anba ak yon brutality pi ba pase yon flake ajan ekran-enprime.Thinner, pi ba kondansateur brutality. kouch yo ka depoze pa enprime ankr 31 oswa enprime gravure 10, ki ka konbine avèk yon pwosesis enprime ekran. Finalman, plizyè kouch altène metal ak dyelèktrik ka anpile ak enprime ak konekte nan paralèl, kidonk ogmante kapasite a 34 pou chak zòn inite. .
Anjeneral, yon divize vòltaj ki konpoze de yon pè rezistans yo itilize pou fè mezi vòltaj ki nesesè pou kontwòl fidbak nan yon regilatè vòltaj.Pou kalite aplikasyon sa a, rezistans nan rezistans enprime yo ta dwe nan seri kΩ-MΩ, ak diferans ki genyen ant aparèy yo piti.Isit la, li te jwenn ke rezistans nan fèy nan yon sèl-kouch ekran-enprime lank kabòn nan te 900 Ω / □. Enfòmasyon sa a yo itilize nan konsepsyon de rezistans lineyè (R1 ak R2) ak yon rezistans serpentine (R3). ) ak rezistans nominal nan 10 kΩ, 100 kΩ, ak 1.5 MΩ. Rezistans ki genyen ant valè nominal yo reyalize pa enprime de oswa twa kouch lank, jan yo montre nan Figi 4, ak foto nan twa rezistans yo.Fè 8- 12 echantiyon chak kalite;nan tout ka yo, devyasyon estanda rezistans a se 10% oswa mwens.Chanjman rezistans echantiyon yo genyen ak de oswa twa kouch kouch gen tandans yo dwe yon ti kras pi piti pase echantiyon ak yon kouch kouch.Ti chanjman nan rezistans mezire. ak akò a fèmen ak valè nominal la endike ke lòt rezistans nan ranje sa a ka dirèkteman jwenn pa modifye jeyometri a rezistans.
Twa jeyometri rezistans diferan ak nimewo diferan nan kouch lank rezistan kabòn. Yo montre foto twa rezistans yo sou bò dwat la.
Sikui RLC yo se egzanp klasik liv nan konbinezon rezistans, induktè, ak kondansateur yo itilize pou demontre ak verifye konpòtman konpozan pasif entegre nan sikui enprime reyèl. Nan kous sa a, yon induktè 8 μH ak yon kondansateur 0.8 nF yo konekte nan seri, ak yon Rezistans 25 kΩ konekte nan paralèl ak yo. Foto sikwi fleksib yo montre nan Figi 5a. Rezon ki fè yo chwazi konbinezon espesyal seri-paralèl sa a se ke konpòtman li yo detèmine pa chak nan twa konpozan frekans diferan, pou ke la. Yo ka mete aksan sou pèfòmans chak eleman ak evalye. Konsidere rezistans seri 7 Ω nan induktè a ak 1.3 Ω ESR nan kondansateur a, yo te kalkile repons frekans espere nan kous la. Yo montre dyagram sikwi a nan Figi 5b, ak kalkile a. anplitid enpedans ak faz ak valè mezire yo montre nan figi 5c ak d.At frekans ki ba, enpedans segondè nan kondansateur a vle di ke konpòtman an nan kous la detèmine pa rezistans nan 25 kΩ. Kòm frekans lan ogmante, enpedans la nan chemen LC a diminye;konpòtman sikwi a tout antye se kapasitif jiskaske frekans sonans lan se 2.0 MHz.Pi wo pase frekans sonorite a, enpedans endiktif la domine.Figi 5 montre klèman akò ekselan ant valè kalkile ak mezire nan tout seri frekans lan.Sa vle di ke modèl la itilize. isit la (kote induktè ak kondansateur yo se eleman ideyal ak rezistans seri) se egzat pou predi konpòtman sikwi nan frekans sa yo.
(a) Yon foto yon sikwi RLC ki enprime ekran ki sèvi ak yon konbinezon seri yon induktè 8 μH ak yon kondansateur 0.8 nF an paralèl ak yon rezistans 25 kΩ. (b) Modèl sikwi ki gen ladan rezistans seri induktè ak kondansateur.(c) ,d) Anplitid enpedans (c) ak faz (d) kous la.
Finalman, induktè enprime ak rezistans yo aplike nan regilatè a ranfòse. IC yo itilize nan demonstrasyon sa a se Microchip MCP1640B14, ki se yon regilatè remonte synchrone ki baze sou PWM ak yon frekans fonksyònman 500 kHz. Dyagram sikwi a montre nan Figi 6a.A. 4.7 μH induktè ak de kondansateur (4.7 μF ak 10 μF) yo itilize kòm eleman depo enèji, epi yo itilize yon pè rezistans pou mezire vòltaj pwodiksyon kontwòl fidbak la. Chwazi valè rezistans pou ajiste vòltaj pwodiksyon an a 5 V. Sikwi a fabrike sou PCB a, epi pèfòmans li mezire nan rezistans chaj la ak ranje vòltaj opinyon 3 a 4 V pou simulation batri ityòm-ion nan plizyè eta chaje. Efikasite enprime induktè ak rezistans yo konpare ak la. efikasite nan induktè SMT ak rezistans.SMT kondansateur yo itilize nan tout ka paske kapasite ki nesesè pou aplikasyon sa a twò gwo yo dwe ranpli ak kondansateur enprime.
(a) Dyagram sikwi estabilize vòltaj la.(b–d) (b) Vout, (c) Vsw, ak (d) Ond aktyèl k ap koule nan induktè a, vòltaj antre a se 4.0 V, rezistans chaj la se 1 kΩ, ak induktè a enprime yo itilize pou mezire.Sifas mòn rezistans ak kondansateur yo itilize pou mezi sa a.(e) Pou rezistans chaj divès kalite ak vòltaj opinyon, efikasite nan sikui regilatè vòltaj lè l sèvi avèk tout konpozan mòn sifas ak enprime induktè ak rezistans. ) Rapò efikasite nan mòn sifas ak sikwi enprime yo montre nan (e).
Pou vòltaj antre 4.0 V ak 1000 Ω rezistans chaj, fòm ond yo mezire lè l sèvi avèk induktè enprime yo montre nan Figi 6b-d.Figi 6c montre vòltaj la nan tèminal Vsw nan IC a;vòltaj induktè a se Vin-Vsw.Figi 6d montre aktyèl la ap koule tankou dlo nan induktè a.Efikasite nan kous la ak SMT ak konpozan enprime yo montre nan Figi 6e kòm yon fonksyon nan vòltaj opinyon ak rezistans chaj, ak Figi 6f montre rapò a efikasite. nan konpozan enprime nan konpozan SMT. Efikasite ki mezire lè l sèvi avèk konpozan SMT se menm jan ak valè a espere yo bay nan fèy done manifakti a 14.At aktyèl opinyon segondè (rezistans chaj ki ba ak vòltaj opinyon ki ba), efikasite nan induktè enprime se siyifikativman pi ba pase sa a nan induktè SMT akòz rezistans nan seri pi wo.Sepandan, ak pi wo vòltaj opinyon ak pi wo pwodiksyon aktyèl, pèt rezistans vin mwens enpòtan, ak pèfòmans nan induktè enprime kòmanse apwoche sa yo ki nan induktè SMT.Pou rezistans chaj> 500 Ω ak Vin = 4.0 V oswa > 750 Ω ak Vin = 3.5 V, efikasite nan induktè enprime pi gran pase 85% nan induktè SMT.
Konpare ond aktyèl la nan Figi 6d ak pèt pouvwa mezire montre ke pèt rezistans nan induktè a se kòz prensipal diferans ki genyen nan efikasite ant sikwi enprime a ak sikwi SMT la, jan yo espere. D 'ak pouvwa pwodiksyon mezire nan 4.0 V. vòltaj antre ak 1000 Ω rezistans chaj yo se 30.4 mW ak 25.8 mW pou sikui ki gen konpozan SMT, ak 33.1 mW ak 25.2 mW pou sikui ak konpozan enprime. Se poutèt sa, pèt sikwi enprime a se 7.9 mW, ki se 3.4 mW pi wo pase a. kous ak konpozan SMT. RMS inductor aktyèl la kalkile nan fòm ond nan Figi 6d se 25.6 mA.Depi rezistans seri li yo se 4.9 Ω, pèt pouvwa a espere se 3.2 mW.Sa a se 96% nan mezire 3.4 mW DC pouvwa diferans.Anplis de sa, kous la fabrike ak induktè enprime ak rezistans enprime ak induktè enprime ak rezistans SMT, ak pa gen okenn diferans siyifikatif efikasite obsève ant yo.
Lè sa a, regilatè vòltaj la fabrike sou PCB fleksib (enpresyon sikwi a ak pèfòmans eleman SMT yo montre nan Figi Siplemantè S1) epi konekte ant batri fleksib ityòm-ion la kòm sous pouvwa a ak etalaj OLED kòm chaj la.Dapre Lochner et al.9 Pou fabrike OLED, chak piksèl OLED konsome 0.6 mA nan 5 V. Batri a sèvi ak oksid ityòm cobalt ak grafit kòm katod ak anod, respektivman, epi li fabrike pa kouch doktè lam, ki se metòd enprime batri ki pi komen. kapasite batri a se 16mAh, ak vòltaj la pandan tès la se 4.0V.Figi 7 montre yon foto nan kous la sou PCB a fleksib, alimante twa piksèl OLED ki konekte nan paralèl.Demonstrasyon an demontre potansyèl la nan eleman pouvwa enprime yo dwe entegre ak lòt. aparèy fleksib ak òganik pou fòme sistèm elektwonik ki pi konplèks.
Yon foto nan sikwi regilatè vòltaj la sou yon PCB fleksib lè l sèvi avèk induktè enprime ak rezistans, lè l sèvi avèk pil fleksib ityòm-ion pou pouvwa twa dirije òganik.
Nou te montre ekran enprime induktè, kondansateur ak rezistans ak yon seri de valè sou substrats PET fleksib, ak objektif pou ranplase konpozan mòn sifas nan ekipman elektwonik pouvwa. Nou te montre ke pa desine yon espiral ak yon gwo dyamèt, pousantaj ranpli. , ak liy lajè-espas lajè rapò, ak lè l sèvi avèk yon kouch epè nan lank rezistans ki ba. enterè pou pouvwa elektwonik.
Ka itilizasyon tipik pou aparèy elektwonik pouvwa enprime yo se sistèm elektwonik fleksib ki kapab mete oswa ki entegre ak pwodwi, ki mache ak pil fleksib rechargeable (tankou ityòm-ion), ki ka jenere vòltaj varyab selon eta chaj la.Si chaj la (ki gen ladan enprime ak ekipman elektwonik òganik) mande pou yon vòltaj konstan oswa pi wo pase pwodiksyon vòltaj la pa batri a, se yon regilatè vòltaj obligatwa. Pou rezon sa a, induktè enprime ak rezistans yo entegre ak ICs Silisyòm tradisyonèl yo nan yon regilatè ranfòse pou pouvwa OLED a ak yon vòltaj konstan. nan 5 V soti nan yon varyab vòltaj batri pouvwa supply.Within yon seri sèten chaj aktyèl ak vòltaj opinyon, efikasite nan kous sa a depase 85% nan efikasite nan yon sikwi kontwòl lè l sèvi avèk sifas mòn induktè ak rezistans.Malgre materyèl ak optimize jeyometrik, pèt rezistan nan induktè a se toujou faktè limite pou pèfòmans sikwi nan nivo aktyèl wo (aktyèl aktyèl ki pi gran pase apeprè 10 mA) .Sepandan, nan pi ba kouran, pèt yo nan induktè a redwi, ak pèfòmans an jeneral limite pa efikasite a. nan IC a.Depi anpil aparèy enprime ak òganik mande pou kouran relativman ba, tankou ti OLED yo itilize nan demonstrasyon nou an, induktè pouvwa enprime yo ka konsidere apwopriye pou aplikasyon sa yo.Lè w itilize ICs ki fèt pou gen efikasite ki pi wo nan nivo aktyèl ki pi ba yo, ka pi wo efikasite konvètisè jeneral ka reyalize.
Nan travay sa a, regilatè vòltaj la bati sou PCB tradisyonèl la, PCB fleksib ak teknoloji soude eleman sifas mòn, pandan y ap eleman enprime a fabrike sou yon substra separe.Sepandan, lank ki ba-tanperati ak gwo viskozite yo itilize pou pwodwi ekran-. fim enprime yo ta dwe pèmèt konpozan pasif, osi byen ke entèkoneksyon ki genyen ant aparèy la ak kousinen an kontak sifas mòn yo, yo dwe enprime sou nenpòt substrate.This, konbine avèk itilizasyon adezif ki deja egziste ba-tanperati kondiktif pou konpozan sifas mòn, pral pèmèt. tout kous la dwe bati sou substrats ki pa chè (tankou PET) san yo pa bezwen pou pwosesis soustraktif tankou PCB grave.Se poutèt sa, ekran-enprime eleman pasif yo devlope nan travay sa a ede ale wout la pou sistèm elektwonik fleksib ki entegre enèji ak chaj. ak segondè-pèfòmans pouvwa elektwonik, w ap itilize substrats pa chè, kesyon sa te poze aditif pwosesis ak minimòm kantite sifas mòn konpozan.
Sèvi ak enprimant ekran Asys ASP01M ak yon ekran asye pur ki ofri pa Dynamesh Inc., tout kouch konpozan pasif yo te enprime sou yon substra PET fleksib ak yon epesè 76 μm. Gwosè may kouch metal la se 400 liy pou chak pous ak 250. liy pou chak pous pou kouch dyelèktrik la ak kouch rezistans la.Sèvi ak yon fòs raklèt 55 N, yon vitès enprime 60 mm / s, yon distans kraze nan 1.5 mm, ak yon raklèt Serilor ak yon dite 65 (pou metal ak rezistan). kouch) oswa 75 (pou kouch dielectric) pou enprime ekran.
Kouch kondiktè yo-induktè yo ak kontak yo nan kondansateur ak rezistans-yo enprime ak DuPont 5082 oswa DuPont 5064H ajan microflake lank. Rezistans la enprime ak DuPont 7082 kondiktè kabòn.Pou kondansateur a dyelèktrik, kondiktè konpoze BT-101 barium titanate dyelèktrik la. se itilize.Se chak kouch dielectric pwodwi lè l sèvi avèk yon sik enprime de-pas (mouye-mouye) amelyore inifòmite nan fim nan.Pou chak eleman, efè a nan sik enprime miltip sou pèfòmans eleman ak varyab te egzamine. plizyè kouch nan menm materyèl yo te cheche nan 70 °C pou 2 minit ant kouch.Apre yo fin aplike dènye rad la nan chak materyèl, echantiyon yo te kwit nan 140 °C pou 10 minit asire siye konplè.Fonksyon aliyman otomatik ekran an. se enprimant ki itilize aliman kouch ki vin apre yo. Se kontak la ak sant la nan induktè a reyalize pa koupe yon twou nan pad sant lan ak tras enprime pochwar sou do a nan substra a ak lank DuPont 5064H. Interkoneksyon ki genyen ant ekipman enprime tou itilize Dupont. 5064H stencil printing.Yo nan lòd yo montre eleman yo enprime ak konpozan SMT sou PCB fleksib yo montre nan Figi 7, eleman yo enprime yo konekte lè l sèvi avèk Circuit Works CW2400 epoksidik kondiktif, ak konpozan SMT yo konekte pa tradisyonèl soude.
Lityòm cobalt oksid (LCO) ak elektwòd ki baze sou grafit yo itilize kòm katod ak anod batri a, respektivman.Lisier katod la se yon melanj de 80% LCO (MTI Corp.), 7.5% grafit (KS6, Timcal), 2.5 % kabòn nwa (Super P, Timcal) ak 10% fliyò polyvinylidene (PVDF, Kureha Corp.).) Anòd la se yon melanj de 84wt% grafit, 4wt% kabòn nwa ak 13wt% PVDF.N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP, Sigma Aldrich) yo itilize pou fonn lyan PVDF la ak dispèse sispansyon an. brase ak yon mixer toubiyon lannwit lan.Yon FOIL asye pur 0.0005 pous epè ak yon FOIL nikèl 10 μm yo itilize kòm pèseptè aktyèl pou katod la ak anod, respektivman.Se lank la enprime sou pèseptè aktyèl la ak yon raklèt nan yon vitès enprime 20. mm / s. Chofe elektwòd la nan yon dife pou chofe fou a 80 °C pou 2 èdtan pou retire sòlvan an. Wotè elektwòd la apre siye se apeprè 60 μm, epi ki baze sou pwa materyèl aktif la, kapasite teyorik la se 1.65 mAh. /cm2.Lektwòd yo te koupe nan dimansyon 1.3 × 1.3 cm2 ak chofe nan yon fou vakyòm nan 140 ° C lannwit lan, ak Lè sa a, yo te sele ak sache laminate aliminyòm nan yon bwat gan ki ranpli nitwojèn.Yon solisyon nan fim baz polypropylène ak anod ak katod ak 1M LiPF6 nan EC/DEC (1:1) yo itilize kòm elektwolit batri a.
Green OLED konsiste de poly(9,9-dioctylfluorene-co-n-(4-butylphenyl)-diphenylamine) (TFB) ak poly((9,9-dioctylfluorene-2,7- (2,1,3-benzothiadiazole-). 4, 8-diyl)) (F8BT) dapre pwosedi ki dekri nan Lochner et al 9.
Sèvi ak Dektak dyaman profiler pou mezire epesè fim nan. Yo te koupe fim nan pou prepare yon echantiyon kwa-seksyonèl pou envestigasyon pa optik mikwoskòp elèktron (SEM). Yo itilize SEM FEI Quanta 3D jaden emisyon (FEG) pou karakterize estrikti enprime a. fim ak konfime mezi epesè.Etid SEM la te fèt nan yon vòltaj akselere nan 20 keV ak yon distans tipik k ap travay nan 10 mm.
Sèvi ak yon miltimèt dijital pou mezire rezistans DC, vòltaj ak aktyèl. Yo mezire enpedans AC induktè, kondansateur ak sikui lè l sèvi avèk mèt Agilent E4980 LCR pou frekans ki anba a 1 MHz ak analizè rezo Agilent E5061A yo itilize pou mezire frekans ki pi wo a 500 kHz. Osiloskop Tektronix TDS 5034 pou mezire fòm ond regilatè vòltaj la.
Ki jan yo site atik sa a: Ostfeld, AE, elatriye.Screen printing passive components for flexible power electronic equipment.science.Rep.5, 15959;doi: 10.1038/srep15959 (2015).
Nathan, A. et al.Flexible electronics: the next omniprésente platform.Process IEEE 100, 1486-1517 (2012).
Rabaey, JM Human Intranet: A place where groups meet humans.Paper ki te pibliye nan Konferans Ewopeyen 2015 ak Egzibisyon sou Design, Automatisation ak Tès, Grenoble, Frans.San Jose, Kalifòni: EDA Alliance.637-640 (2015, 9 mas-). 13).
Krebs, FC etc.OE-A OPV demonstrator anno domini 2011.Energy environment.science.4, 4116–4123 (2011).
Ali, M., Prakash, D., Zillger, T., Singh, PK & Hübler, AC enprime aparèy rekòlte enèji piezoelectric.Materyèl enèji avanse.4.1300427 (2014).
Chen, A., Madan, D., Wright, PK & Evans, JW Dispenser-enprime plat epè fim tèrmoelektrik enèji dèlko.J.Micromechanics Microengineering 21, 104006 (2011).
Gaikwad, AM, Steingart, DA, Ng, TN, Schwartz, DE & Whiting, GL Yon batri fleksib ak gwo potansyèl yo itilize pou pouvwa aparèy elektwonik enprime yo.App Physics Wright.102, 233302 (2013).
Gaikwad, AM, Arias, AC & Steingart, DA Dènye devlopman nan pil fleksib enprime: defi mekanik, teknoloji enprime ak kandida pou lavni. Teknoloji enèji.3, 305–328 (2015).
Hu, Y. elatriye.Yon sistèm deteksyon gwo-echèl ki konbine aparèy elektwonik gwo zòn ak CMOS ICs pou siveyans sante estriktirèl.IEEE J. Solid State Circuit 49, 513–523 (2014).