Multi-Material, Multi-Layer Devices Enabled by High Aspect Ratio Micro-Extrusion

高纵横比微挤压实现多材料、多层器件

基本信息

  • 批准号:
    1331735
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2016-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In this project, studies of micro-extrusion of pastes through high aspect ratio (HAR) micro-nozzles to fabricate multi-material, multi-layer (M3L) devices will be conducted. The capability for layer-by-layer fabrication with composition variation within each layer will be investigated. To provide unmatched capability for fabricating novel architecture of M3L devices not achievable today, extrusion behavior of various sizes of HAR micro-nozzles starting from millimeters all the way down to 25 micrometers will be studied. Novel three-dimensional (3D) supercapacitors with high energy densities will be used as a model system to investigate the challenges of the M3L technology. As such, extensive efforts will be made to study and establish the proper formulations of the desired pastes that can be micro-extruded using HAR micro-nozzles and have pseudoplastic characteristics to form a large layer with the desired thickness and a uniform composition. The 3D supercapacitors fabricated will be characterized structurally and electro-chemically to demonstrate the unmatched power of the M3L technology in fabricating durable, low cost, high performance devices.M3L technology will reduce part count, part handling, part transportation and part storage because only one processing step is needed. Furthermore, the M3L technology will offer new manufacturing capabilities to produce M3L devices with the composition control locally at the micrometer level for the desired functionalities and the dimension control spanning over 5 orders of magnitude for high fabrication rates. It is expected that the M3L technology proposed can compete with conventional manufacturing methods for cost effectiveness, not to mention that the M3L technology can fabricate novel devices with new functionalities, not achievable via today's manufacturing technology. This project will have a substantial impact on manufacturing technology. It can greatly improve productivity, reduce the production cost, and enhance the U.S. manufacturing competitiveness. This project will also provide an excellent education and training opportunity to one graduate student and many undergraduate students in the areas of manufacturing and alternative energy.
在该项目中,将对将通过高纵横比(HAR)微功能对糊状物进行微排骨进行研究,以制造多物质的多层(M3L)设备。将研究在每一层内具有组成变化的逐层制造的能力。为了提供无与伦比的能力来制造当今无法实现的M3L设备的新型体系结构,将研究从毫米一直到25微米开始的各种大小的HAR微功能的挤压行为。具有高能量密度的新型三维(3D)超级电容器将用作研究M3L技术挑战的模型系统。因此,将为研究和建立可以使用har微功能的微小局限的所需糊剂的适当配方做出的广泛努力,并具有伪塑料特征,以形成具有所需厚度和均匀成分的大层。制造的3D超级电容器将在结构和电化学上进行表征,以证明M3L技术在制造耐用,低成本,高性能设备方面的无与伦比的功能。M3L技术将减少部分计数,部分处理,部分运输和部分存储,因为只需要一个处理步骤。此外,M3L技术将提供新的制造能力,以生产具有所需功能在千分尺局部局部控制的M3L设备,而高构造速率的尺寸控制范围超过5个数量级。预计拟议的M3L技术可以与常规制造方法竞争以获得成本效益,更不用说M3L技术可以通过新功能制造新型设备,而不是通过当今的制造技术实现的。该项目将对制造技术产生重大影响。它可以大大提高生产率,降低生产成本并提高美国制造业的竞争力。该项目还将为一名研究生和许多在制造业和替代能源领域的研究生和许多本科生提供出色的教育和培训机会。

项目成果

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