用于芯片型超级电容器制备的喷墨打印机精细控制方法

本方案克服了现有固定尺寸超级电容器的局限性，提供了一种通过精确喷墨打印制备任意形状超级电容器的方法。通过该方案，可有效保障人力与物力资源的利用效率。此外，为用户提供喷墨打印机的软件控制方法，有助于制造出更为精确的超级电容器。

该技术提供了一种操控喷墨打印机的方法，因此本方案不仅可用于制备超级电容器，还可用于制备其他器件。在设计电化学双层电容器（EDLC）的图案之前，首先运行CAD程序。转到程序窗口顶部的“File”按钮，点击“New”和“Project”按钮以创建一个新的项目文件。

要生成电路板文件，请依次单击文件、新建和电路板按钮。在创建的电路板文件窗口的左上角，单击网格状的网格按钮，以设置网格的大小、倍数和Alt值。将网格大小和Alt值从毫米更改为英寸，以便喷墨打印机能够读取PCB CAD图案。按“最精细”以进行精细调整。

参数设置完成后，将集流体和EDLC线路设计成叉指状图案。将凝胶聚合物电解质（GPE）图案和集流体焊盘设计为矩形。对于导电线路、EDLC和GPE这三种最终图案类型，依次点击“视图”和“图层设置”来设定三个图层。

通过点击可见图层窗口左下角的“新建图层”按钮来创建新图层。在“新建图层”的新窗口中，设置新图层的名称和颜色。为了便于视觉区分图层，请将三个图层的名称分别设置为集流体、EDLC 和凝胶聚合物电解质（GPE），并通过点击“颜色”右侧的色块来更改相应的颜色。

点击屏幕左下角的“Line”按钮。如需更改线条粗细，请在屏幕顶部中央的“width”处输入以英寸为单位的数值。然后，在主区域中点击并拖动以绘制线条。

要编辑线条的长度，右键单击该线条，然后单击底部的“属性”。在“起点”和“终点”字段中，输入起始点和结束点的 X 和 Y 值。对于图案的参考点，将左上角设置为 0, 0。

根据之前提供的信息绘制其余图案。要将绘制的图案设置到所需图层，请右键单击图案，然后点击“属性”。接着点击“图层”并选择所需的图层。

在主窗口左下角按下 RECT，于 GPE 中绘制集流体焊盘的矩形图案。在屏幕中先前已绘制图案的位置点击并拖动。接着，右键单击矩形表面，然后点击底部的 Properties（属性）。

在“起始”和“结束”字段中分别输入矩形的左上角和右下角的 X、Y 值。将矩形设置为前面提到的所需图层。在将设计图案的 CAD 文件转换为 Gerber 文件格式之前，单击文件并选择“保存”，以 brd 格式保存电路板文件。

保存文件后，单击窗口顶部的“文件”选项卡，然后单击 CAM 处理器。要创建所需层的 Gerber 文件，请在输出文件的 Gerber 选项卡下，通过按下减号删除子列表（例如顶层铜层和底层铜层）。按下加号并单击“新建 Gerber 输出”以创建 Gerber 输出。

在屏幕右侧，通过点击右侧的齿轮图标，将“名称和功能”中的图层名称设置为 Copper。然后，将图层类型设置为 Top，并将集流体、EDLC 和 GPE 的 Gerber 图层编号依次设置为 L1、L2 和 L3。在 Gerber 文件底部的“图层”窗口中，单击左下角的“编辑图层”以选择每个所需的图层。

要设置将要创建的输出文件的名称，请在窗口底部将输出的 Gerber 文件名设置为 prefix/name.gbr。最后，单击窗口左上方的“保存任务”以保存设置，然后单击右下方的“处理任务”以生成 Gerber 文件。

设置喷墨打印机软件参数时，运行打印机程序，然后点击打印按钮，选择简易模式，并选择柔性导电油墨。通过点击选择文件按钮，上传所设计图案的 Gerber 文件。选择并打开导电线路的 Gerber 文件。

单击黄色框所示的“下一步”按钮。然后固定PCB板并安装探针。完成后，单击“轮廓”按钮，通过探针调整PCB打印机的零点位置。

通过拖动屏幕上的图案图像并点击“Outline”按钮来移动图像。检查探针是否沿预期路径移动。然后，点击“Next”选项卡。

点击探针以测量基底高度，检查基底是否平整。高度测量完成后，取下探针，将墨盒插入墨水分配器中，并连接内径为230微米的喷嘴，以准备分配器。安装用于导电线路、EDLC和GPE的墨水分配器后，在调整每种墨水参数的同时，按下“校准”按钮打印样品图案。

目视检查打印结果，并记录每种油墨的参数值。在按下“开始”按钮打印导电线路的设计图案之前，使用蘸有乙醇的清洁擦拭布擦除样品打印图案。打印完成后，翻转电路板并在180摄氏度下固化导电线路30分钟，随后测量基底与导电线路的总重量。

在打印机程序的起始界面中，选择“对齐”选项，加载EDLC线型图案文件，然后点击“下一步”。通过两个对齐点确保检测到导电线路的位置，以对齐EDLC线路与导电线路的图案位置。随后，移动至任意点并检查位置是否正确。

通过点击“Probe”按钮，测量导电线路的总高度，以检查分配喷嘴相对于导电线路的高度。调整EDLC油墨的软件参数值。完成后，打印一个样品图案，以确认软件参数值是否合适。

随后，用蘸有乙醇的清洁擦拭布擦除样品打印图案，然后按下“开始”按钮压印EDLC线。对喷墨打印的超级电容器器件进行电化学测量。单击“应用到通道”（Apply to Ch），并运行循环伏安测试的序列文件以获得结果。

单击“应用到通道”并运行恒电流充放电测试的序列文件以获得结果。单击“应用到通道”并运行电化学阻抗谱测试的序列文件以获取结果。采用扫描电子显微镜分析导电油墨和EDLC油墨的结构特性。

导电油墨居中性良好，可形成连续的导电通路。油墨中所有组分均分散均匀，无可见可能导致打印过程中堵塞的成分。已报道了EDLC油墨的流变特性，观察到油墨的黏度随剪切时间增加而上升，表明其具有剪切增稠行为，且未出现由应力诱导的结构延伸、拉伸或重排现象。

在该研究中，成功制备出一种印刷型超级电容器。若印刷图案缺陷较少或无缺陷，且表面粗糙度最小、厚度均匀，则认为印刷质量良好。

以最低100毫米/分钟的进给速度进行打印时，结果显示出均匀的线条，无可见断裂。当进给速度最大达到600毫米/分钟时，整体打印时间减少。与以500毫米/分钟进给速度打印的结果相比，在600毫米/分钟下形成的线条出现断裂或裂纹，这是因为分配头移动过快所致。

每分钟300毫升的进料速率为最佳，可确保合适的打印时间并防止裂纹形成。通过观察踢脚（kick）的相应变化来检查打印效果。当踢脚过低时，所有线路均会断开。

然而，较高的进样压力会导致瓶颈现象，从而引起喷嘴堵塞。在适当的进样压力值下，液流不会断裂，且喷嘴不会堵塞。通过软件参数控制可实现更精确的打印，使许多研究人员能够在不同领域中在最优条件下应用喷墨打印技术。