[发明专利]弯月面约束电沉积聚吡咯平面超级电容3D打印装置及方法

说明书

本发明涉及一种弯月面约束电沉积聚吡咯平面超级电容3D打印装置及方法，支架固定在底板上，光杠装置一、丝杠装置、光杠装置二安装在支架上方并同时与xy轴移动装置连接，z轴移动装置安装在xy轴移动装置上，喷头装置通过上方的连接轴套与z轴移动装置内的齿条连接，打印平台通过下方的滚轮与底板上的轨道滚动连接。本发明优点是利用了弯月面约束电沉积原理，以3D打印的方式制作了聚吡咯平面超级电容器，与传统生产超级电容器的方法相比，成本低，操作简单，电容结构可自行定义。

技术领域

本发明属于3D打印技术与电沉积技术领域，具体涉及一种利用弯月面约束电沉积原理制作聚吡咯平面超级电容器的3D打印装置及方法。

背景技术

3D打印技术又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或聚合物等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。弯月面约束电沉积技术属于电化学三维微沉积技术的一种，它依靠一个装有电解液的微量移液喷头，移液喷头的出口直径在数百纳米到数微米之间，当微量移液喷头接近基底的表面，在喷头出口和基底之间可以形成连续稳定的弯月面，并在外加电场作用下使弯月面内部发生电化学反应,以在导体基底上成形具有三维形状特征的金属、合金、导电聚合物或半导体结构与零件。与其他的电化学三维微沉积技术相比，弯月面约束电沉积技术具有成型精度高，可制作复杂线状结构体等优点。

超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。超级电容器可分为两大类，其中双电层超级电容器是通过电解质离子在电极材料表面的吸附、脱附过程实现电荷的积累达到能量储存与释放，而赝电容超级电容器则是在电极材料的表面或者体相中与电解质离子发生一系列快速可逆的氧化还原反应，同时伴随着电解质离子的嵌入、脱出过程来实现能量的存储与释放。基于二者储能机理的不同，双电层超级电容器电极材料以高比表面积的碳材料为主，如活性炭、碳纳米管、石墨烯等，赝电容超级电容器的电极材料主要包括过渡金属氧化物、氢氧化物、氮化物、碳化物和导电聚合物等。聚吡咯作为导电聚合物的一种，是目前最具研究价值和使用前景的导电聚合物材料，广泛应用于超级电容器领域。通常，将电极材料制备到柔性、可拉伸或者可压缩的衬底上，以衬底作为形变载体。衬底的存在提高了超级电容器的柔性以及拉伸和压缩性能，可使超级电容器在柔性电子领域中更好的应用。

发明内容

本发明提供一种弯月面约束电沉积聚吡咯平面超级电容3D打印装置及方法，用于生产出能够适用于柔性电子领域的赝电容超级电容器，通过增加了电解液的背压，提高了喷头出口内径，从而大大加快了打印速度。

本发明采取的技术方案是：包括底板、支架、光杠装置一、xy轴移动装置、z轴移动装置、丝杠装置、光杠装置二、喷头装置、打印平台，其中支架固定在底板上，光杠装置一、丝杠装置、光杠装置二安装在支架上方并同时与xy轴移动装置连接，z轴移动装置安装在xy轴移动装置上，喷头装置通过上方的连接轴套与z轴移动装置内的齿条连接，打印平台通过下方的滚轮与底板上的轨道滚动连接。

本发明所述的光杠装置一包括光杠支座一、光杠一、光杠支座二，其中两端的光杠支座一、光杠支座二通过螺栓与支架的顶部固定连接，光杠一两端分别与光杠支座一、光杠支座二固定连接。

本发明所述的xy轴移动装置包括步进电机一、丝杠支座一、光杠支座三、移动支架一、移动支架二、丝杠一、光杠二、光杠支座四、丝杠支座二，其中的移动支架包括支架平台和螺母块，该螺母块通过螺栓连接在支架平台的底部，螺母块用于与丝杠装置螺纹连接，丝杠通过两端的丝杠支座一、丝杠支座二固定在移动支架一上方，光杠二通过两端的光杠支座三、光杠支座四固定在移动支架一上方，移动支架二与丝杠、光杠二相连，步进电机一输出轴与丝杠一端固定连接。

本发明所述的z轴移动装置包括步进电机二、外壳、齿条、齿轮，其中步进电机二与外壳固定连接，齿轮与步进电机二的输出轴固定连接，齿条与齿轮啮合，步进电机二的旋转带动齿轮的旋转，进而带动齿条沿z方向的自由运动，齿条下方加工成圆柱状，通过连接轴套与喷头装置相连，可最终实现喷头装置沿x轴、y轴、z轴三个方向的自由运动。