CZ308265B6 - A memory item for storing the n-bit code and a method for generating the code - Google Patents
A memory item for storing the n-bit code and a method for generating the code Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308265B6 CZ308265B6 CZ2018-605A CZ2018605A CZ308265B6 CZ 308265 B6 CZ308265 B6 CZ 308265B6 CZ 2018605 A CZ2018605 A CZ 2018605A CZ 308265 B6 CZ308265 B6 CZ 308265B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- photoanode
- semiconductor layer
- memory element
- photoanodes
- measuring
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
- H01M14/005—Photoelectrochemical storage cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
Paměťový prvek pro uložení n-bitového kódu a způsob vytvoření tohoto kóduA memory element for storing an n-bit code and a method for generating the code
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká oblasti fotoelektrochemie, konkrétně paměťového prvku pro uložení n-bitového kódu a způsob vytvoření tohoto kódu.The invention relates to the field of photoelectrochemistry, in particular to a memory element for storing an n-bit code and to a method for generating this code.
Dosavadní stav technikyPrior art
V současnosti existuje řada postupů pro vytváření tenkých víceméně transparentních vrstev tvořených nanočásticemi kovových oxidů, jejichž polovodivé vlastnosti jsou >fotoindukovatelné. Chemicky jde především o nanočástice oxidů přechodných kovů, často oxidu titaničitého a zinečnatého, ale principiálně lze využít celou řadu dalších oxidů přechodných kovů s vhodným potenciálem valenčních a vodivostních pásů. V ozářeném n-typovém polovodiči se generují volné elektrony a díry, které - pokud nerekombinují vzápětí po svém vzniku - mohou migrovat k povrchu částice a tam vystupovat v roh redoxních reaktantů, elektrony jako redoxní činidla a díry jako oxidační činidla.At present, there are a number of processes for forming thin, more or less transparent layers formed by metal oxide nanoparticles, the semiconducting properties of which are photoinducible. Chemically, they are mainly nanoparticles of transition metal oxides, often titanium dioxide and zinc oxide, but in principle a number of other transition metal oxides with suitable potential for valence and conductivity bands can be used. In an irradiated n-type semiconductor, free electrons and holes are generated, which - if they do not recombine immediately after their formation - can migrate to the particle surface and exit the corner of redox reactants, electrons as redox reagents and holes as oxidizing agents.
Aplikačně zajímavější situace nastane, pakliže výše popsaný polovodič tvarujeme do podoby tenké vrstvy nanesené na elektrickém vodiči, připojíme k němu protielektrodu, obě ponoříme do elektrolytu a do obvodu zapojíme zdroj napětí. Vznikne tak tzv. fotoelektrochemický článek, jehož zásadní výhodou je možnost zavedení pozitivního přepětí tzv. bias na anodu. Toto pozitivní přepětí umožňuje zachytit fotogenerované elektrony a odvést je na katodu dříve, než mají šanci rekombinovat. Toto řešení má dva zásadní praktické důsledky: zvýší se kvantová účinnost generace náboje v důsledku potlačení rekombinace a fyzicky separujeme oxidační a redukční reakce.A more interesting application situation occurs if we shape the semiconductor described above into a thin layer applied to an electrical conductor, connect a counter electrode to it, immerse both of them in the electrolyte and connect a voltage source to the circuit. This creates a so-called photoelectrochemical cell, the main advantage of which is the possibility of introducing a positive overvoltage, the so-called bias on the anode. This positive overvoltage makes it possible to capture photogenerated electrons and transfer them to the cathode before they have a chance to recombine. This solution has two fundamental practical consequences: the quantum efficiency of charge generation due to the suppression of recombination is increased and we physically separate oxidation and reduction reactions.
Tento základní proces se dá využít pro celou řadu složitějších modifikací a na jejich základě se dá realizovat celá řada fotonických zařízení pro fotovoltaické, senzorické, remediační a jiné aplikace. Zdaleka nejvíce studovanou aplikační oblastí je fotovoltaika. Tzv. barvivý senzibilované články neboli dye-sensitized solar cells - DSSC se obejdou bez zdroje přepětí a samy jsou zdrojem elektromotorického napětí. Z četných patentových záznamů jsou relevantní zejména ty popisující postup výroby T1O2 fotoanod, obzvláště pokud jsou využity tiskové techniky. Z nich má dominantní postavení sítotisk, jak je popisováno v US 20150083225 Al nebo v US 7737356 B2, případně hlubotisk, jak uvádí WO 2009007957 A2 či WO 2009027977 A2. V těchto případech jsou ale fotoanody optimalizovány pro adsorpci barviva a excitaci viditelným světlem, nepředpokládá se jejich užití pro UV excitaci.This basic process can be used for a number of more complex modifications and on their basis a number of photonic devices for photovoltaic, sensory, remediation and other applications can be implemented. By far the most studied application area is photovoltaics. The so-called dye-sensitized solar cells - DSSCs do without a surge source and are themselves a source of electromotive voltage. Of the numerous patent records, those describing the process for producing T1O2 photoanodes are particularly relevant, especially when printing techniques are used. Of these, screen printing, as described in US 20150083225 A1 or in US 7737356 B2, or gravure printing, as disclosed in WO 2009007957 A2 or WO 2009027977 A2, has a dominant position. In these cases, however, the photoanodes are optimized for dye adsorption and visible light excitation, and their use for UV excitation is not expected.
Vysoce aktuální je využití polovodičových fotoanod pro tzv. water splitting, tedy fotoelektrochemickou redukci vody na vodík, jak je popsáno v US 20100133111 Al, WO 2017129618 Al nebo WO 2009136689 Al. Pro remediační aplikace se využívá skutečnosti, že ve vodných elektrolytech vznikají na obou elektrodách tzv. reaktivní formy kyslíku, např. OH radikály, které jsou silným a zároveň ekologicky šetrným oxidačním činidlem. Fotoelektrochemické čištění vody je proto jedním z velmi slibných pokročilých oxidačních procesů, tzv. AOP - advanced oxidation process a jejich výzkumu je věnována velká pozornost, jak je uvedeno např. v US 20090314711 Al a US 20110180423 Al.Highly topical is the use of semiconductor photoanodes for so-called water splitting, i.e. the photoelectrochemical reduction of water to hydrogen, as described in US 20100133111 A1, WO 2017129618 A1 or WO 2009136689 A1. For remediation applications, the fact is used that in aqueous electrolytes the so-called reactive forms of oxygen are formed on both electrodes, eg OH radicals, which are a strong and at the same time environmentally friendly oxidizing agent. Photoelectrochemical water treatment is therefore one of the very promising advanced oxidation processes, the so-called AOP - advanced oxidation process, and their research is given great attention, as stated, for example, in US 20090314711 A1 and US 20110180423 A1.
Společným znakem výše popsaných případů je využití velkoplošných fotoanod. Malé systémy o velikosti řádově cm2 nacházejí uplatnění jako senzory. Skutečnost, že velikost generovaného fotoproudu je úměrná intenzitě dopadajícího UV záření je zřejmá z popisu funkce a umožňuje na výše popsaném principu konstruovat relativně jednoduché a levné senzory UV iradiace, jak popisuje WO 2002035565 Al. Naproti tomu senzorické analytické systémy využívají takové modifikace fotoelektrochemických článků, jejichž odezva se mění v závislosti na vlastnostechA common feature of the cases described above is the use of large-area photoanodes. Small systems of the order of cm 2 are used as sensors. The fact that the magnitude of the generated photocurrent is proportional to the intensity of the incident UV radiation is clear from the description of the function and makes it possible to construct relatively simple and inexpensive UV irradiation sensors based on the principle described above, as described in WO 2002035565 A1. In contrast, sensory analytical systems use such modifications of photoelectrochemical cells, the response of which varies depending on the properties
- 1 CZ 308265 B6 elektrolytu, jako je kupříkladu vedeno v US 20090050193 AI. Kromě výše zmíněných aplikací byly popsány pokusy využít elektrochemické články k dalším účelům. Využití popisované struktury jako paměťového prvku předpokládá např. US 20030062080 AI, který je však uspořádán v sendvičové struktuře uzavřené mezi dvě elektrody. Dokument využívá jako aktivní složku paměťového prvku organické látky absorbující světlo a čtení je založeno na detekci koncentrace spinů v aktivní vrstvě, což je nanejvýše nepraktické.- 1 CZ 308265 B6 electrolyte, as for example cited in US 20090050193 A1. In addition to the above applications, attempts have been made to use electrochemical cells for other purposes. The use of the described structure as a memory element is envisaged, for example, by US 20030062080 A1, which, however, is arranged in a sandwich structure enclosed between two electrodes. The document uses light-absorbing organic substances as an active component of the memory element and the reading is based on the detection of the spin concentration in the active layer, which is highly impractical.
Úkolem tohoto vynálezu je proto vytvoření paměťového prvku pro uložení n-bitového kódu, který by odstraňoval výše uvedené nedostatky, který by umožňoval měřit změny proudu v jednotlivých fotoanodách, tedy proměnných pozicích kódu, po excitaci UV zářením a následně tak vyhodnotit jejich hodnotu a přečíst uvedený kód.It is therefore an object of the present invention to provide a memory element for storing an n-bit code which overcomes the above-mentioned drawbacks, which makes it possible to measure current changes in individual photoanodes, i.e. variable code positions, after UV excitation and subsequently evaluate their value and read said code.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Vytčený úkol je vyřešen paměťovým prvkem pro uložení n-bitového kódu pro n > 2 a způsobem jen vytvoření podle tohoto vynálezu. Paměťový prvek je tvořený fotochemickým článkem pro generování fotoproudu dopadajícím UV zářením. Fotochemický článek zahrnuje nosný podklad, na kterém je uspořádána soustava elektrod obklopená gelovým elektrolytem, a každá z elektrod je opatřena výstupním kontaktem vyvedeným na povrch nosného podkladu.The object is solved by a memory element for storing an n-bit code for n> 2 and by a method only formed according to the invention. The memory element is formed by a photochemical cell for generating a photocurrent by incident UV radiation. The photochemical cell comprises a support substrate on which an array of electrodes surrounded by a gel electrolyte is arranged, and each of the electrodes is provided with an output contact connected to the surface of the support substrate.
Podstata vynálezu spočívá v tom, že soustava elektrod je tvořena tiskovou vrstvou uspořádanou na nosném podkladu a gelový elektrolyt je tvořen tiskovou vrstvou překrývající elektrody. Soustava elektrod zahrnuje jednu společnou katodu, jednu referenční fotoanodu opatřenou polovodičovou vrstvou tvořenou tiskovou vrstvou uspořádanou na povrchu referenční fotoanody a generující po dopadu UV záření výstupní fotoproud Ir, a alespoň jednu měřicí fotoanodu opatřenou polovodičovou vrstvou tvořenou tiskovou vrstvou uspořádanou na povrchu měřicí fotoanody a generující po dopadu UV záření výstupní fotoproud Im. Pro výstupní proudy referenční fotoanody a měřicí fotoanody platí Ir > Im a hodnoty výstupních fotoproudů Im z měřicích fotoanod tvoří signál nesoucí n-bitový kód generovaný paměťovým prvkem.The essence of the invention lies in the fact that the electrode assembly is formed by a printing layer arranged on a support substrate and the gel electrolyte is formed by a printing layer overlying the electrodes. The electrode assembly comprises one common cathode, one reference photoanode provided with a semiconductor layer formed by a printing layer arranged on the surface of the reference photoanode and generating an output photocurrent I r after UV radiation, and at least one measuring photoanode provided with a semiconductor layer formed on the surface of the measuring photoanode and generating after the impact of UV radiation output photocurrent I m . I r > I m applies to the output currents of the reference photoanode and the measuring photoanode and the values of the output photocurrents I m from the measuring photoanodes form a signal carrying an n-bit code generated by the memory element.
Paměťový prvek tedy obsahuje společnou katodu a jednu nebo několik fotoanod pokrytých polovodičovými vrstvami, které tvoří jednotlivé pozice výsledného kódu (P). Každá pozice potom poskytuje několik úrovní signálu (S) v závislosti na svých vlastnostech, např. míra zatlumení dopadajícího UV záření, či množství polovodiče v polovodičové vrstvě, určující hodnotu signálu dané proměnné pozice. Celkový počet možných kombinací, resp. počet realizovatelných kódů, je tedy n = Ps. Celá soustava elektrod je pak zapojena do elektrického obvodu, ve kterém je dále zapojen napájecí zdroj a vyhodnocovací čip. Celý obvod tak umožňuje měřit změny fotoproudu v jednotlivých fotoanodách, tj. proměnných pozicích kódu, po excitaci UV zářením a následně tak vyhodnotit jejich hodnotu, a tak přečíst uložený kód.Thus, the memory element comprises a common cathode and one or more photoanodes covered by semiconductor layers, which form the individual positions of the resulting code (P). Each position then provides several signal levels (S) depending on its properties, e.g. the degree of attenuation of the incident UV radiation, or the amount of semiconductor in the semiconductor layer, determining the signal value of a given position variable. The total number of possible combinations, resp. the number of realizable codes is thus n = P s . The whole set of electrodes is then connected to the electrical circuit, in which the power supply and the evaluation chip are further connected. The whole circuit thus makes it possible to measure the changes of the photocurrent in the individual photoanodes, ie the variable positions of the code, after excitation by UV radiation and subsequently to evaluate their value, and thus to read the stored code.
Základní konstrukční systém každé fotoanody je tvořený tří vrstvou vodivou strukturou, tedy vrstevnatou strukturou vhodného vodivého materiálu tvarovaného do potřebného plošného obrazce. Použitelné jsou konvenční kovové vodiče a dále nekovové vodivé materiály, např. vodivé oxidy, vrstvy vodivého uhlíku, vrstvy vodivých polymerů v tloušťce zajišťující potřebnou vodivost. Ve výhodném provedení je spodní vrstva fotoanody vytvořena z fluórem dopovaného oxidu cíničitého nebo grafitu nebo polysiloxanové pryskyřice, prostřední vrstva je z oxidu titaničitého a svrchní vrstva je z gelového elektrolytu.The basic construction system of each photoanode consists of a three-layer conductive structure, ie a layered structure of a suitable conductive material formed into the required planar pattern. Conventional metallic conductors can be used, as well as non-metallic conductive materials, e.g. conductive oxides, conductive carbon layers, conductive polymer layers in a thickness providing the required conductivity. In a preferred embodiment, the bottom layer of the photoanode is formed of fluorine-doped tin dioxide or graphite or polysiloxane resin, the middle layer is made of titanium dioxide and the top layer is made of a gel electrolyte.
Katodu může tvořit stejný vodivý materiál, anebo jiný typ vodiče, čímž může být zajištěna další specifická funkce, jako např. při vhodné kombinaci materiálu katody a fotoanody bude paměťový prvek fungovat jako miniaturní solární článek a nebude vyžadovat externí napájení. S výhodou je katoda vytvořena ze zlata.The cathode may be the same conductive material or a different type of conductor, which may provide another specific function, such as a suitable combination of cathode and photoanode material, the memory element will function as a miniature solar cell and will not require external power. Preferably, the cathode is made of gold.
-2 CZ 308265 B6-2 CZ 308265 B6
Na každé fotoanodě je uspořádána polovodičová vrstva, která je tvořena krystalickými nanočásticemi polovodiče oxidu titaničitého T1O2 o velikosti primárních zrn 10 až 50 nm, jejichž koheze a adheze je zajištěna vhodným pojivém a/nebo procesem opracování. Po nanesení a opracování této polovodičové vrstvy vhodným procesem dojde k vytvoření pórovité struktury a propojení jednotlivých zrn polovodiče, čímž jsou zajištěny potřebné elektrické vlastnosti. Opracování je možno provádět tepelně, tedy ohřev na teplotu vedoucí k sintrování nanočástic, působením studené atmosférické plazmy nebo iradiací UV zářením o vlnové délce 250 až 400 nm. Polovodičová vrstva je pak převrstvena gelovým elektrolytem založeným na směsi iontové sloučeniny, polárního rozpouštědla, gelující složky a redoxního systému. Elektrolyt zajišťuje elektrické spojení fotoanod s katodou a redoxní systém funguje jako lapač fotogenerovaných děr a elektronů.A semiconductor layer is arranged on each photoanode, which is formed by crystalline nanoparticles of titanium dioxide semiconductor T1O2 with a primary grain size of 10 to 50 nm, the cohesion and adhesion of which is ensured by a suitable binder and / or processing process. After the application and processing of this semiconductor layer by a suitable process, a porous structure is formed and the individual semiconductor grains are interconnected, thus ensuring the necessary electrical properties. The treatment can be performed thermally, i.e. heating to a temperature leading to sintering of nanoparticles, by the action of cold atmospheric plasma or by irradiation with UV radiation at a wavelength of 250 to 400 nm. The semiconductor layer is then overlaid with a gel electrolyte based on a mixture of an ionic compound, a polar solvent, a gelling component and a redox system. The electrolyte ensures the electrical connection of the photoanodes to the cathode and the redox system acts as a trap for photogenerated holes and electrons.
Polovodičová vrstva na fotoanodách je ve výhodném provedení ve formě spojitého filmu pokrývajícího celý povrch fotoanod. Polovodičová vrstva na referenční fotoanodě má tloušťku tr a polovodičová vrstva na měřicí fotoanodě či fotoanodách má tloušťku tm, kde tr > tm. Kompletní soustava elektrod tedy zahrnuje jednu sdílenou katodu, jednu referenční fotoanodu a jednu nebo více měřicích fotoanod, přičemž počet měřicích fotoanod udává počet proměnných pozic v kódu. Referenční fotoanoda poskytuje maximální hodnotu fotoproudu, ostatní měřicí fotoanody poskytují fotoproud stejně velký nebo nižší a vyhodnocení signálu probíhá na základě relativního porovnání velikosti fotoproudu pocházejícího z jednotlivých meřících fotoanod vůči referenční fotoanodě.The semiconductor layer on the photoanodes is preferably in the form of a continuous film covering the entire surface of the photoanodes. The semiconductor layer on the reference photoanode has a thickness t r and the semiconductor layer on the measuring photoanode or photoanodes has a thickness t m , where t r > t m . Thus, a complete set of electrodes comprises one shared cathode, one reference photoanode and one or more measuring photoanodes, the number of measuring photoanodes indicating the number of variable positions in the code. The reference photoanode provides the maximum value of the photocurrent, the other measuring photoanodes provide a photocurrent of the same magnitude or lower and the signal evaluation is based on a relative comparison of the magnitude of the photocurrent coming from the individual measuring photoanodes to the reference photoanode.
Polovodičová vrstva na fotoanodách je v jiném výhodném provedení ve formě rastrového potisku, kde rastr tvořený polovodičovou vrstvou pokrývá vždy jen část povrchu fotoanod. Povrch referenční fotoanody pokrytý polovodičovou vrstvou má plochu pr, a povrch měřicí fotoanody či fotoanod pokrytý polovodičovou vrstvou má plochu pm, kde pr > pm. Kompletní soustava elektrod zahrnuje opět jednu sdílenou katodu, jednu referenční fotoanodu a jednu nebo více měřicích fotoanod. I v tomto případě tedy referenční fotoanoda poskytuje maximální hodnotu fotoproudu, ostatní měřicí fotoanody poskytují fotoproud stejně velký nebo nižší a vyhodnocení signálu probíhá na základě relativního porovnání velikosti fotorpoudu pocházejícího z jednotlivých meřících fotoanod vůči referenční fotoanodě.In another preferred embodiment, the semiconductor layer on the photoanodes is in the form of a raster print, where the raster formed by the semiconductor layer always covers only a part of the surface of the photoanodes. The surface of the reference photoanode covered by the semiconductor layer has an area p r , and the surface of the measuring photoanode or photoanode covered by the semiconductor layer has an area p m , where p r > p m . The complete set of electrodes again comprises one shared cathode, one reference photoanode and one or more measuring photoanodes. Thus, even in this case, the reference photoanode provides the maximum value of the photocurrent, the other measuring photoanodes provide a photocurrent of the same magnitude or lower and the signal evaluation is based on a relative comparison of the magnitude of the photorcurrent coming from the individual measuring photoanodes to the reference photoanode.
Na vrstvu gelového elektrolytu může být nanesena UV filtrační vrstva omezující intenzitu procházejícího UV záření. UV filtrační vrstvu lze realizovat jak ve formě spojitého filmu s tloušťkou tf, tak ve formě potisků rastrového charakteru o průměru 5 až 100 pm pokrývajících různě velkou plochu polovodičové vrstvy T1O2, přičemž tyto body filtrují dopadající UVA záření zcela. UV filtrační vrstva je uspořádána na vrstvě gelového elektrolytu v místech průmětu s fotoanodami. Jako vhodné UVA filtry lze použít jakýkoliv absorbér, který zajišťuje absorpci UV záření v rozsahu 320 až 380 nm a/nebo aditivum, které zajišťuje reflektanci UV záření v rozsahu této vlnové délky. Jako vhodné UV absorbéry lze použít zejména benzotriazolový typ UV absorbéru. Pro vytvoření stabilní UV filtrační vrstvy lze s výhodou využít UV absorbéry, které ve své chemické struktuře obsahují polymerizovatelné části molekuly. S výhodou lze využít takové UV absorbéry, které jsou pak přímo součástí polymeru a na polovodičovou vrstvu T1O2 jsou nanášeny ve formě vodné polymemí disperze nebo ve formě roztoku daného polymeru ve vhodném rozpouštědle.A UV filter layer limiting the intensity of the transmitted UV radiation can be applied to the gel electrolyte layer. The UV filter layer can be realized both in the form of a continuous film with a thickness tf and in the form of raster prints with a diameter of 5 to 100 μm covering different areas of the T1O2 semiconductor layer, these points completely filtering the incident UVA radiation. The UV filter layer is arranged on the gel electrolyte layer at the points of projection with the photoanodes. Any UVA filter that can absorb UV radiation in the range of 320 to 380 nm and / or an additive that provides UV reflectance in this wavelength can be used as suitable UVA filters. In particular, the benzotriazole type UV absorber can be used as suitable UV absorbers. UV absorbers, which contain polymerizable parts of the molecule in their chemical structure, can advantageously be used to form a stable UV filter layer. Advantageously, such UV absorbers can be used, which are then directly part of the polymer and applied to the semiconductor layer T1O2 in the form of an aqueous polymer dispersion or in the form of a solution of the polymer in a suitable solvent.
Soustava elektrod zahrnuje jednu sdílenou katodu, jednu referenční fotoanodu bez UV filtru a jednu nebo více měřicích fotoanod s identickými tloušťkami tmi polovodičové vrstvy, nad kterými je uspořádána UV filtrační vrstva s proměnlivou tloušťkou tf. V tomto případě tedy referenční fotoanoda není opatřena UV filtrem a poskytuje maximální hodnotu fotoproudu, ostatní měřicí fotoanody poskytují fotoproud stejně velký nebo nižší v závislosti na míře zatlumení dopadajícího UV záření a vyhodnocení signálu probíhá na základě relativního porovnání velikosti fotoproudu pocházejícího z jednotlivých měřicích fotoanod vůči referenční fotoanodě.The electrode assembly comprises one shared cathode, one reference photoanode without UV filter and one or more measuring photoanodes with identical thicknesses tmi of the semiconductor layer, above which a UV filter layer with variable thickness tf is arranged. In this case, the reference photoanode is not equipped with a UV filter and provides the maximum value of photocurrent, other measuring photoanodes provide a photocurrent equal to or lower depending on the attenuation of incident UV radiation and signal evaluation based on relative comparison of photocurrent coming from individual measuring photoanodes to reference photoanode.
-3 CZ 308265 B6-3 CZ 308265 B6
Podstatnou vlastností paměťového prvku podle vynálezu je, že je možné všechny vrstvy popisovaného fotoelektrochemického článku tisknout běžnými tiskovými postupy jako je sítotisk a injektový tisk. To poskytuje neomezené možnosti tvarování výsledné soustavy elektrod a jejich masovou efektivní výrobu v režimu roll-to-roll.An essential feature of the memory element according to the invention is that it is possible to print all the layers of the described photoelectrochemical cell by conventional printing methods such as screen printing and injection molding. This provides unlimited possibilities for shaping the resulting electrode system and their mass efficient production in a roll-to-roll mode.
Předmětem vynálezu je rovněž způsob vytvoření n-bitového kódu pro n > 2 v paměťovém prvku podle tohoto vynálezu popsaného výše. Podstata vynálezu spočívá vtom, že paměťový prvek se ozáří UV zářením a měří se hodnoty výstupního fotoproudu Ir referenční fotoanody a výstupního fotoproudu Im měřené fotoanody, které tvoří n-bitový kód, přičemž n je dáno součtem počtu fotoanod.The invention also relates to a method for generating an n-bit code for n> 2 in a memory element according to the invention described above. The essence of the invention is that the memory element is irradiated with UV radiation and the values of the output photocurrent I r of the reference photoanode and the output photocurrent Im of the measured photoanode are measured, which form an n-bit code, n being given by the sum of the number of photoanodes.
Proces tvorby kódu je založen na skutečnosti, že generovaný fotoproud závisí na množství polovodiče, resp. polovodičové vrstvy, přítomného na fotoanodě a množství dopadajícího UV záření. Zápis kódu lze tedy realizovat principiálně dvěma způsoby: (1) lze měnit množství polovodiče v polovodičové vrstvě na jednotlivých fotoanodách, nebo (2) lze všechny fotoanody opatřit stejným množstvím polovodiče v polovodičové vrstvě a převrstvit je UV filtrační vrstvou omezující množství procházejícího UV záření na jednotlivé pozice. Oba způsoby lze realizovat přímo tiskovými technikami navrženými pro výrobu paměťového prvku, přičemž první způsob je nutno implementovat při výrobě aktivní polovodičové vrstvy fotoanody, zatímco druhý způsob lze implementovat následně na hotový surový paměťový prvek.The code generation process is based on the fact that the generated photocurrent depends on the amount of semiconductor, resp. the semiconductor layer present on the photoanode and the amount of incident UV radiation. The code can be written in two ways: (1) the amount of semiconductor in the semiconductor layer on individual photoanodes can be changed, or (2) all photoanodes can be provided with the same amount of semiconductor in the semiconductor layer and overlaid with a UV filter layer limiting the amount of transmitted UV radiation to individual position. Both methods can be implemented directly by printing techniques designed for the production of a memory element, the first method having to be implemented in the production of an active semiconductor layer of a photoanode, while the second method can be implemented subsequently on a finished raw memory element.
Ve výhodném provedení se hodnota výstupního fotoproudu Ir referenční fotoanody a výstupního fotoproudu Im měřicí fotoanody nastaví tloušťkou polovodičové vrstvy uspořádané na referenční fotoanodě a měřicí fotoanodě. V jiném výhodném provedení se hodnota výstupního fotoproudu Ir referenční fotoanody a výstupního fotoproudu Im měřicí fotoanody nastaví velikostí plochy pr a pm povrchu fotoanody pokrytého polovodičovou vrstvou. V jiném dalším výhodném provedení se hodnota výstupního fotoproudu Ir referenční fotoanody a výstupního fotoproudu Im měřicí fotoanody nastaví tloušťkou UV filtrační vrstvy nad referenční fotoanodu a měřicí fotoanodu.In a preferred embodiment, the value of the output photocurrent I r of the reference photoanode and the output photocurrent Im of the measuring photoanode are set by the thickness of the semiconductor layer arranged on the reference photoanode and the measuring photoanode. In another preferred embodiment, the value of the output photocurrent I r of the reference photoanode and the output photocurrent I m of the measuring photoanode are set by the size of the area p r ap m of the photoanode surface covered by the semiconductor layer. In another preferred embodiment, the value of the output photocurrent I r of the reference photoanode and the output photocurrent I m of the measuring photoanode is set by the thickness of the UV filter layer above the reference photoanode and the measuring photoanode.
Výhody paměťového prvku pro uložení n-bitového kódu a způsobu jeho vytvoření podle tohoto vynálezu spočívají zejména vtom, že umožňuje měřit změny fotoproudu v jednotlivých fotoanodách, tedy proměnných pozicích kódu po excitaci UV zářením a následně tak vyhodnotit jejich hodnotu a přečíst uvedený kód.The advantages of the memory element for storing the n-bit code and the method of its creation according to the invention are in particular that it allows to measure changes of photocurrent in individual photoanodes, i.e. variable positions of the code after excitation by UV radiation and subsequently to evaluate their value and read said code.
Objasnění výkresůExplanation of drawings
Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:The present invention will be further elucidated in the following figures, where:
obr. 1 znázorňuje obecné schéma v půdorysu paměťového prvku, obr. 2 znázorňuje obecné schéma v řezu paměťového prvku, obr. 3 znázorňuje paměťový prvek s rozdílnou tloušťkou polovodičové vrstvy, obr. 4 znázorňuje paměťový prvek s rozdílným pokrytím plochy fotoanod polovodičovou vrstvou, obr. 5 znázorňuje paměťový prvek s rozdílným pokrytím polovodičové vrstvy UV filtrační vrstvou.Fig. 1 shows a general diagram in a plan view of a memory element, Fig. 2 shows a general cross-sectional diagram of a memory element, Fig. 3 shows a memory element with different semiconductor layer thickness, Fig. 4 shows a memory element with different photoanode surface coverage by a semiconductor layer; 5 shows a memory element with different coverage of the semiconductor layer by a UV filter layer.
-4 CZ 308265 B6-4 CZ 308265 B6
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention
Na obr. 1 je znázorněno obecné schéma paměťového prvku 1 v půdorysu se čtyřmístným kódem, který je vytvořen jako fotochemický článek 2, který zahrnuje jednu společnou katodu 6 a čtyň fotoanody 7, 8, z nichž jedna fotoanoda 7 je referenční a zbývající tři fotoanody 8 jsou měřicí. Na obr. 2 je ten samý paměťový prvek j. v řezu, kde jsou znázorněny polovodičové vrstvy 9, 9' uspořádané na každé fotoanodě 7, 8. Tloušťka tm a tr polovodičových vrstev 9, 9' je konstantní, tudíž na vše fotoanodách 7, 8 rovnoměrná.Fig. 1 shows a general diagram of a memory element 1 in a plan view with a four-digit code, which is formed as a photochemical cell 2, comprising one common cathode 6 and four photoanodes 7, 8, of which one photoanode 7 is a reference and the remaining three photoanodes 8 are measuring. FIG. 2 is the same memory element e., In section, are shown the semiconductor layers 9, 9 'are arranged on each photoanode 7, 8. The thickness t m at r semiconductor layers 9, 9' is constant, therefore, to all fotoanodách 7 .8 even.
Příklad 1 - paměťový prvek s paralelním čtením a modulací realizovanou proměnlivou tloušťkou polovodičové vrstvyExample 1 - memory element with parallel reading and modulation realized by variable thickness of the semiconductor layer
Na skleněné desce tedy nosném podkladu 3 s vrstvou FTO neboli fluórem dopovaného oxidu cíničitého se laserem vypálí požadovaný motiv, tak jak je znázorněno obrazem soustavy elektrod 6, 7, 8 dle obr. 3. Připraví se: 20 % hmota, suspenze oxidu titaničitého v Dovanolu PM (A) a 20 % hmota, roztok polysiloxanové pryskyřice v xylenu (B) a 1-hexanol (C). Tisková formulace se připraví smísením složek A+B+C v poměrech 3+1+3. Tisková formulace se tiskne inkjetovou tiskárnou na anodickou část elektrod 7, 8, tedy na fotoanody 7, 8 tvořené FTO na skleněné desce jakožto nosném podkladu 3. Celkově fotochemický článek 2 zahrnuje jednu společnou katodu 6 a čtyři fotoanody 7, 8, kde jedna představuje referenční fotoanodu 7 a zbylé tři představují měřicí fotoanody 8. Na každou fotoanodu 7, 8 je možné natisknout plošku polovodičové vrstvy 9, 9' z oxidu titaničitého o stejné ploše, ale proměnlivé tloušťce, jíž bude úměrný generovaný fotoproud z každé fotoanody 7, 8. Na referenční fotoanodu 7 se natiskne polovodičová vrstva 9 s tloušťkou tr, která představuje 100 %, tedy maximální poskytnutí signálu. Na měřicí fotoanody 8 jsou natištěny polovodičové vrstvy 9' s tloušťkami tmi = 75 %, tm2 = 50 % a tm3 = 25 %. Výtisk se suší 20 min při 100 °C a poté exponuje UVB zářením s celkovou intenzitou ozáření 10 až 25 mW/cm2 30 až 60 minut, čímž dojde k fotokatalytické mineralizaci siloxanového pojivá, v důsledku čehož se zlepší schopnost polovodičové vrstvy 9, 9' generovat a vést náboj. Výtisk je při expozici ponořený v deionizované vodě. Poté se nanese sítotiskem gelový elektrolyt 4, sestávající z kyseliny chloristé v koncentraci 1.10-2 až 1.10-3 M ve vodném roztoku fotopolymeru (připravený dle DOI: 10.2494/photopolymer.25.415) a 3 % hmota, (na sušinu fotopolymeru) fotoiniciátoru Irgacure 2959. Po nanesení gelového elektrolytu 4 přes plochy polovodičových vrstev 9, 9' oxidu titaničitého na fotoanodách 7, 8 a vysušení v proudu teplého vzduchu se gelový elektrolyt 4 vytvrdí UVB zářením, dávkou minimálně 100 J/m2. Takto připravený fotochemický článek 2 při ozáření excitačním UVA o intenzitě typicky 0,2 až 2 mW/cm2 a vložením přepětí +1 V na fotoanody 7, 8 bude z každé fotoanody 7, 8 generovat různý fotoproud, fotoproud k z referenční fotoanody 7, fotoproud Imi, L a U z měřicích fotoanod 8, který bude úměrný tloušťce deponovaného TiO2 z polovodičové vrstvy 9'. Volbou kombinace různých tlouštěk tmi, tnú a tm3 polovodičové vrstvy 9', tedy množství oxidu titaničitého na každé fotoanodě 8 je možné sestavit kód, který bude identifikovaný z poměrů generovaných fotoproudů Ir Imi. Im?, a Im3.Thus, the desired motif is laser-burned on a glass plate with a support substrate 3 with a layer of FTO or fluorine-doped tin dioxide, as shown by the image of the electrode system 6, 7, 8 according to Fig. 3. Prepare: 20% mass, titanium dioxide suspension in Dovanol PM (A) and 20% by weight, a solution of polysiloxane resin in xylene (B) and 1-hexanol (C). The print formulation is prepared by mixing components A + B + C in the ratios 3 + 1 + 3. The printing formulation is printed by an inkjet printer on the anodic part of the electrodes 7, 8, i.e. on the photoanodes 7, 8 formed by the FTO on the glass plate as a support substrate 3. Overall, the photochemical cell 2 comprises one common cathode 6 and four photoanodes 7, 8. photoanode 7 and the remaining three represent measuring photoanodes 8. It is possible to print on each photoanode 7, 8 a surface of a semiconductor layer 9, 9 'of titanium dioxide with the same area but variable thickness, which will be proportional to the generated photocurrent from each photoanode 7, 8. of the reference photoanode 7, a semiconductor layer 9 with a thickness t r is printed, which represents 100%, i.e. the maximum signal provision. Semiconductor layers 9 'with thicknesses t m i = 75%, t m2 = 50% and t m 3 = 25% are printed on the measuring photoanodes 8. The print is dried for 20 minutes at 100 ° C and then exposed to UVB radiation with a total irradiation intensity of 10 to 25 mW / cm 2 for 30 to 60 minutes, thereby photocatalytically mineralizing the siloxane binder, thereby improving the ability of the semiconductor layer 9, 9 '. generate and conduct charge. The printout is immersed in deionized water upon exposure. Then, a gel electrolyte 4, consisting of perchloric acid in a concentration of 1.10 -2 to 1.10 -3 M in an aqueous solution of the photopolymer (prepared according to DOI: 10.2494 / photopolymer.25.415) and 3% by weight, (on the dry matter of the photopolymer) of the photoinitiator Irgacure 2959 is applied by screen printing. After applying the gel electrolyte 4 over the surfaces of the titanium dioxide semiconductor layers 9, 9 'on the photoanodes 7, 8 and drying in a stream of warm air, the gel electrolyte 4 is cured by UVB radiation at a dose of at least 100 J / m 2 . The photochemical cell 2 thus prepared, when irradiated with excitation UVA with an intensity of typically 0.2 to 2 mW / cm 2 and applying an overvoltage of +1 V to the photoanodes 7, 8, will generate a different photocurrent from each photoanode 7, 8, photocurrent kz from reference photoanode 7, photocurrent I m i, L and U from the measuring photoanodes 8, which will be proportional to the thickness of the deposited TiO 2 from the semiconductor layer 9 '. By choosing a combination of different thicknesses tmi, tnú and tm3 of the semiconductor layer 9 ', i.e. the amount of titanium dioxide on each photoanode 8, it is possible to compile a code which will be identified from the ratios of generated photocurrents I r I m i. Im ?, and Im3.
Příklad 2 - paměťový prvek s paralelním čtením a modulací realizovanou proměnlivým stupněm pokrytí povrchu fotoanod polovodičovou vrstvouExample 2 - memory element with parallel reading and modulation realized by variable degree of coverage of the surface of photoanodes by semiconductor layer
Na skleněné desce, tedy nosném podkladu 3, s vrstvou FTO neboli fluórem dopovaného oxidu cíničitého se laserem vypálí požadovaný motiv, tak jak je znázorněno obrazem soustavy elektrod 6, 7, 8 dle obr. 4. Připraví se tisková formulace dle příkladu 1. Tisková formulace se tiskne inkjetovou tiskárnou na fotoanody 7, 8 tvořené FTO na skleněné desce jakožto nosném podkladuThe desired motif is laser-burned on a glass plate, i.e. a support substrate 3, with a layer of FTO or fluorine doped tin dioxide, as shown in the image of the electrode system 6, 7, 8 according to Fig. 4. A print formulation according to Example 1 is prepared. is printed by an inkjet printer on photoanodes 7, 8 formed by an FTO on a glass plate as a support substrate
3. Celkově fotochemický článek 2 zahrnuje jednu společnou katodu 6 a čtyři fotoanody 7, 8, kde jedna představuje referenční fotoanodu 7 a zbylé tři představují měřicí fotoanody 8. Na každou fotoanodu 7, 8 je možné natisknout plošku polovodičové vrstvy 9, 9' z oxidu titaničitého o stejné ploše, ale proměnlivém stupni pokrytí realizovaným různě hustým rastrem. Fotoproud generovaný z každé fotoanody bude potom úměrný stupni pokrytí fotoanody rastrem3. In general, the photochemical cell 2 comprises one common cathode 6 and four photoanodes 7, 8, one representing the reference photoanode 7 and the remaining three representing measuring photoanodes 8. It is possible to print on each photoanode 7, 8 an area of semiconductor oxide layer 9, 9 '. of titanium dioxide with the same area, but with a variable degree of coverage realized by a differently dense raster. The photocurrent generated from each photoanode will then be proportional to the degree of raster coverage of the photoanode
-5 CZ 308265 B6 polovodičové vrstvy, tedy oxidem titaničitým. Povrch referenční fotoanody 7 pokrytý polovodičovou vrstvou 9 má plochu pr, a povrch měřicí fotoanody 8 pokrytý polovodičovou vrstvou 9' má plochu pm. Na referenční fotoanodu 7 se natiskne rastr polovodičové vrstvy 9 o ploše pr, která představuje 100 %, tedy maximální poskytnutí signálu. Na měřicí fotoanody 8 jsou natištěny rastry polovodičové vrstvy 9' s plochami pokrývající fotoanody pmi = 75 %, pm2 = 50 % a pm3 = 25 %. Výtisk se suší 20 min při 100 °C a poté exponuje UVB zářením s celkovou intenzitou ozáření 10 až 25 mW/cm2 30 až 60 minut, čímž dojde k fotokatalytické mineralizaci siloxanového pojivá, v důsledku čehož se zlepší schopnost polovodičové vrstvy 9, 9' generovat a vést náboj. Výtisk je při expozici ponořený v deionizované vodě. Poté se nanese sítotiskem gelový elektrolyt 4, sestávající z kyseliny chloristé v koncentraci 1.10“2 až 1.10“3 M ve vodném roztoku fotopolymeru (připravený dle DOI: 10.2494/photopolymer.25.415) a 3% hmota, (na sušinu fotopolymeru) fotoiniciátoru Irgacure 2959. Po nanesení gelového elektrolytu 4 přes plochy polovodičové vrstvy 9, 9' z oxidu titaničitého na fotoanodách 7, 8 a vysušení v proudu teplého vzduchu se gelový elektrolyt 4 vytvrdí UVB zářením, dávkou minimálně 100 J/m2. Takto připravený fotochemický článek 2 při ozáření excitačním UVA o intenzitě typicky 0,2 až 2 mW/cm2 a vložením přepětí +1 V na fotoanody 7, 8 bude z každé fotoanody 7, 8 generovat různý fotoproud fotoproud k z referenční fotoanody 7, fotoproud Imi, Im2 a Im3 z měřicích fotoanod 8, který bude úměrný stupni pokrytí fotoanody 7, 8 deponovaným TiO2 z polovodičové vrstvy 9, 9'. Volbou kombinace různě pokrytých fotoanod 7, 8 je možné sestavit kód, který bude identifikovaný z poměrů generovaných fotoproudů.-5 CZ 308265 B6 semiconductor layers, ie titanium dioxide. The surface of the reference photoanode 7 covered by the semiconductor layer 9 has an area p r , and the surface of the measuring photoanode 8 covered by the semiconductor layer 9 'has an area p m . A raster of the semiconductor layer 9 with an area p r , which represents 100%, i.e. the maximum signal provision, is printed on the reference photoanode 7. Rasters of the semiconductor layer 9 'with surfaces covering the photoanodes p m i = 75%, p m 2 = 50% and pm 3 = 25% are printed on the measuring photoanodes 8. The print is dried for 20 minutes at 100 ° C and then exposed to UVB radiation with a total irradiation intensity of 10 to 25 mW / cm 2 for 30 to 60 minutes, thereby photocatalytically mineralizing the siloxane binder, thereby improving the ability of the semiconductor layer 9, 9 '. generate and conduct charge. The printout is immersed in deionized water upon exposure. Then, a gel electrolyte 4, consisting of perchloric acid in a concentration of 1.10 -2 to 1.10 -3 M in an aqueous solution of the photopolymer (prepared according to DOI: 10.2494 / photopolymer.25.415) and 3% by weight, (on the dry weight of the photopolymer) of the photoinitiator Irgacure 2959 is screen-printed. After applying the gel electrolyte 4 over the surfaces of the titanium dioxide semiconductor layer 9, 9 'on the photoanodes 7, 8 and drying in a stream of warm air, the gel electrolyte 4 is cured by UVB radiation at a dose of at least 100 J / m 2 . The photochemical cell 2 thus prepared, when irradiated with excitation UVA with an intensity of typically 0.2 to 2 mW / cm 2 and applying an overvoltage of +1 V to the photoanodes 7, 8, will generate a different photocurrent from each photoanode 7, 8 from the reference photoanode 7, photocurrent I m i, Im2 and I m 3 from the measuring photoanodes 8, which will be proportional to the degree of coverage of the photoanode 7, 8 by the deposited TiO 2 from the semiconductor layer 9, 9 '. By choosing a combination of differently covered photoanodes 7, 8, it is possible to compile a code which will be identified from the ratios of the generated photocurrents.
Příklad 3 - paměťový prvek s paralelním čtením a modulací realizovanou proměnlivým zatlumením dopadajícího UV záření UV filtrační vrstvouExample 3 - memory element with parallel reading and modulation realized by variable attenuation of incident UV radiation by UV filter layer
Na PET fólii o tloušťce 100 mikronů, tedy nosný podklad 3, se technikou sítotisku nanese základní soustava elektrod 6, 7, 8, jak je znázorněno na obr. 5. Elektricky vodivé základní prvky katody 6 a fotoanod 7, 8 se zhotoví tiskem uhlíkové pasty a zasuší se v horkovzdušné sušárně při 90 °C po dobu 30 min. Dále se připraví tisková formulace dle příkladu 1. Tisková formulace se tiskne inkjetovou tiskárnou na fotoanody tvořených FTO na skleněné desce jakožto nosném podkladu. Celkově fotochemický článek 2 zahrnuje jednu společnou katodu 6 a čtyři fotoanody 7, 8, kde jedna představuje referenční fotoanodu 7 a zbylé tři představují měřicí fotoanody 8. Na každou fotonodu 7, 8 se natiskne ploška polovodičové vrstvy 9, 9' z oxidu titaničitého o stejné ploše a tloušťce. Výtisk se suší 20 min při 100 °C a poté exponuje UVB zářením s celkovou intenzitou ozáření 10 až 25 mW/cm2 30 až 60 minut, čímž dojde k fotokatalytické mineralizaci siloxanového pojivá, v důsledku čehož se zlepší schopnost polovodičové vrstvy 9, 9' generovat a vést náboj. Výtisk je při expozici ponořený v deionizované vodě. Poté se nanese sítotiskem gelový elektrolyt 4, sestávající z kyseliny chloristé v koncentraci 1.10“2 až 1.10“3 M ve vodném roztoku fotopolymeru (připravený dle 10.2494/photopolymer.25.415) a 3 %hmotn. (na sušinu fotopolymeru) fotoiniciátoru Irgacure 2959. Po nanesení gelového elektrolytu 4 přes plochy polovodičových vrstev 9, 9' z oxidu titaničitého na fotoanodách 7,8 a vysušení v proudu teplého vzduchu se gelový elektrolyt 4 vytvrdí UVB zářením, dávkou minimálně 100 J/m2. Následně se v průmětu připravených fotoanod 7, 8 inkjetovou tiskárnou nanese disperze UV filtrační vrstvy 10. konkrétně polymemího UV-cut filtru na bázi polymemí disperze benzotriazolového typu UV absorbéru v isobutanolu o koncentraci 10 % hmota. Množství UV filtrační vrstvy 10 je možné modulovat proměnlivou tloušťkou spojitého filmu anebo frekvenčně či amplitudově modulovaným rastrováním. Nad referenční fotoanodu 7 se natiskne UV filtrační vrstva 10 s tloušťkou tf, která poskytuje minimální zábranu průchodu UV záření, tudíž 100 % a maximální poskytnutí signálu. Na měřicí fotoanody 8 jsou natištěny UV filtrační vrstvy 10 s tloušťkami tn = 25 %, ta = 50 % a to = 75 %. Vytištěná UV filtrační vrstva 10 se vysuší v proudu teplého vzduchu. Takto připravený fotochemický článek 2 při ozáření excitačním UVA o intenzitě typicky 0,2 až 2 mW/cm2 a vložením přepětí +1 V na fotoanody 7, 8 bude z každé fotoanody 7, 8 generovat různý fotoproud Ir a Im nepřímo úměrný stupni pokrytí fotoanody 7, 8 natištěnou UV filtrační vrstvou 10. Volbou kombinace různě pokrytých fotoanod 7, 8 je možné sestavit kód, který bude identifikovaný z poměrů generovaných fotoproudů L a Im.The basic set of electrodes 6, 7, 8 is applied to the PET film with a thickness of 100 microns, i.e. the support substrate 3, by screen printing, as shown in Fig. 5. The electrically conductive basic elements of the cathode 6 and the photoanodes 7, 8 are made by printing carbon paste and dried in a hot air oven at 90 ° C for 30 min. Next, a print formulation is prepared according to Example 1. The print formulation is printed by an inkjet printer on photoanodes formed by FTOs on a glass plate as a support substrate. Overall, the photochemical cell 2 comprises one common cathode 6 and four photoanodes 7, 8, where one represents the reference photoanode 7 and the other three represent measuring photoanodes 8. A surface of a semiconductor layer 9, 9 'of titanium dioxide of the same titanium dioxide is printed on each photonode 7, 8. area and thickness. The print is dried for 20 minutes at 100 ° C and then exposed to UVB radiation with a total irradiation intensity of 10 to 25 mW / cm 2 for 30 to 60 minutes, thereby photocatalytically mineralizing the siloxane binder, thereby improving the ability of the semiconductor layer 9, 9 '. generate and conduct charge. The printout is immersed in deionized water upon exposure. Then, a gel electrolyte 4 consisting of perchloric acid in a concentration of 1.10 -2 to 1.10 -3 M in an aqueous solution of a photopolymer (prepared according to 10.2494 / photopolymer.25.415) and 3 wt. (on the dry matter of the photopolymer) of the photoinitiator Irgacure 2959. After applying the gel electrolyte 4 over the surfaces of the semiconductor layers 9, 9 'of titanium dioxide on the photoanodes 7,8 and drying in a stream of warm air 2 . Subsequently, a dispersion of the UV filter layer 10, in particular a polymeric UV-cut filter based on a polymeric dispersion of a benzotriazole-type UV absorber in isobutanol at a concentration of 10% by weight, is applied in a projection of the prepared photoanodes 7, 8 by an inkjet printer. The amount of UV filter layer 10 can be modulated by a variable continuous film thickness or by frequency or amplitude modulated rasterization. A UV filter layer 10 with a thickness tf is printed above the reference photoanode 7, which provides a minimum barrier to the passage of UV radiation, i.e. 100% and a maximum signal provision. UV filter layers 10 with thicknesses tn = 25%, ta = 50% and t = 75% are printed on the measuring photoanodes 8. The printed UV filter layer 10 is dried in a stream of warm air. The photochemical cell 2 thus prepared, when irradiated with excitation UVA with an intensity of typically 0.2 to 2 mW / cm 2 and applying an overvoltage of +1 V to the photoanodes 7, 8, will generate a different photocurrent Ir and I m inversely proportional to the degree of coverage from each photoanode 7, 8. photoanodes 7, 8 printed by UV filter layer 10. By choosing a combination of differently coated photoanodes 7, 8, it is possible to compile a code which will be identified from the ratios of the generated photocurrents L and Im.
-6 CZ 308265 B6-6 CZ 308265 B6
Příklad 4 - paměťový prvek s paralelním čtením a modulací realizovanou proměnlivou tloušťkou polovodičové vrstvy - bez napájeníExample 4 - memory element with parallel reading and modulation realized by variable thickness of the semiconductor layer - without power supply
Na Kaptonovou fólii o tloušťce 150 mikronů tedy nosný podklad 3 se nejdříve vytisknou elektricky vodivé dráhy. Katoda 6 se zhotoví pomocí inkoustového tisku zlatým resinátem a vypálí se při 400 °C. Fotoanody 7, 8 se zhotoví sítotiskem uhlíkové pasty a zasuší se v horkovzdušné sušárně při 90 °C po dobu 30 min. Výsledná soustava elektrod 6, 7, 8 má geometrii dle obr. 3, katoda 6 je tvořena kovovým zlatém a fotoanody 7, 8. Dále se připraví 20 % hmota, suspenze oxidu titaničitého v Dovanolu PM (A) a 20 % hmota, roztok polysiloxanové pryskyřice v xylenu (B) a 1-hexanol (C). Tisková formulace se připraví smísením A+B+C v poměrech 3+1+3. Tisková formulace se tiskne inkjetovou tiskárnou na fotoanody 7, 8 dříve vytištěným uhlíkem. Na každou fotoanodu 7, 8 je možné natisknout polovodičovou vrstvu 9, 91, tedy plošku oxidu titaničitého o stejné ploše, ale proměnlivé tloušťce, jíž bude úměrný generovaný fotoproud z každé fotoanody 7, 8, jak je popsáno v příkladu 1. Výtisk se suší 20 min při 100 °C a poté exponuje UVB zářením s celkovou intenzitou ozáření 10 až 25 mW/cm2 30 až 60 minut, čímž dojde k fotokatalytické mineralizaci siloxanového pojivá, v důsledku čehož se zlepší schopnost polovodičové vrstvy 9, 9' generovat a vést náboj. Výtisk je při expozici ponořený v deionizované vodě. Poté se nanese sítotiskem gelový elektrolyt 4, sestávající z kyseliny chloristé v koncentraci 1.10-2 až 1.10-3 M ve vodném roztoku fotopolymeru (připravený dle DOI: 10.2494/photopolymer.25.415) a 3 %hmotn. (na sušinu fotopolymeru) fotoiniciátoru Irgacure 2959. Po nanesení gelového elektrolytu 4 přes plochy oxidu titaničitého na elektrodách a vysušení v proudu teplého vzduchu se elektrolyt vytvrdí UVB zářením, dávkou minimálně 100 J/m2. Takto připravený fotochemický článek 2 při ozáření excitačním UVA o intenzitě typicky 0,2 až 2 mW/cm2 bude z každé fotoanody 7, 8 generovat různý fotoproud k Imi, Im2 a Im3 úměrný tloušťce polovodičové vrstvy 9, 9' deponovaného T1O2, a to i bez vloženého externího přepětí, protože soustava elektrod 6, 7, 8 v této konfiguraci se chová jako baterie solárních článků. Volbou kombinace různých tlouštěk polovodičové vrstvy 9, 9' tedy oxidu titaničitého na každé fotoanodě 7, 8 je možné sestavit kód, který bude identifikovaný z poměrů generovaných fotoproudů Ir a Im.Thus, electrically conductive tracks are first printed on a 150 micron-thick Kapton film of the support substrate 3. Cathode 6 is made by inkjet printing with gold resinate and fired at 400 ° C. The photoanodes 7, 8 are screen printed with carbon paste and dried in a hot air oven at 90 ° C for 30 minutes. The resulting set of electrodes 6, 7, 8 has the geometry according to Fig. 3, cathode 6 is made of metallic gold and photoanodes 7, 8. Next, a 20% mass, a suspension of titanium dioxide in Dovanol PM (A) and a 20% mass, a polysiloxane solution are prepared. resins in xylene (B) and 1-hexanol (C). The print formulation is prepared by mixing A + B + C in the ratios 3 + 1 + 3. The print formulation is printed by an inkjet printer on photoanodes 7, 8 with previously printed carbon. It is possible to print on each photoanode 7, 8 a semiconductor layer 9, 91, i.e. a surface of titanium dioxide with the same area but variable thickness, which will be proportional to the generated photocurrent from each photoanode 7, 8, as described in Example 1. The print is dried. min at 100 ° C and then exposed to UVB radiation with a total irradiation intensity of 10 to 25 mW / cm 2 for 30 to 60 minutes, thereby photocatalytic mineralization of the siloxane binder, as a result of which the ability of the semiconductor layer 9, 9 'to generate and conduct charge is improved . The printout is immersed in deionized water upon exposure. Then, a gel electrolyte 4 consisting of perchloric acid in a concentration of 1.10 -2 to 1.10 -3 M in an aqueous solution of a photopolymer (prepared according to DOI: 10.2494 / photopolymer.25.415) and 3 wt. (on the dry matter of the photopolymer) of the photoinitiator Irgacure 2959. After applying the gel electrolyte 4 over the titanium dioxide surfaces on the electrodes and drying in a stream of warm air, the electrolyte is cured by UVB radiation, at a dose of at least 100 J / m 2 . The photochemical cell 2 thus prepared, when irradiated with excitation UVA with an intensity of typically 0.2 to 2 mW / cm 2, will generate from each photoanode 7, 8 a different photocurrent to Imi, Im2 and Im3 proportional to the thickness of the semiconductor layer 9, 9 'deposited with T1O2, even without an external overvoltage inserted, because the electrode assembly 6, 7, 8 in this configuration acts as a battery of solar cells. By choosing a combination of different thicknesses of the semiconductor layer 9, 9 ', i.e. titanium dioxide on each photoanode 7, 8, it is possible to compile a code which will be identified from the ratios of the generated photocurrents Ir and Im.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Paměťový prvek a způsob jeho vytvoření podle tohoto vynálezu lze použít zejména jako nositele krátké několikabitové informace.The memory element and the method of its creation according to the present invention can be used in particular as a carrier of short multi-bit information.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-605A CZ2018605A3 (en) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | A memory item for storing the n-bit code and a method for generating the code |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-605A CZ2018605A3 (en) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | A memory item for storing the n-bit code and a method for generating the code |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ308265B6 true CZ308265B6 (en) | 2020-04-01 |
| CZ2018605A3 CZ2018605A3 (en) | 2020-04-01 |
Family
ID=69944930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-605A CZ2018605A3 (en) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | A memory item for storing the n-bit code and a method for generating the code |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2018605A3 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4217402A (en) * | 1979-02-05 | 1980-08-12 | Monosolar Inc. | Photoelectrochemical cells having gelled electrolyte |
| JPH0287338A (en) * | 1988-09-22 | 1990-03-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical memory element |
| US20030062080A1 (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Nec Corporation | Photoelectrochemical device |
| US20100044813A1 (en) * | 2008-08-21 | 2010-02-25 | Yi-Tyng Wu | Optically controlled read only memory |
| WO2018041995A2 (en) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Optoelectronic and/or electrochemical learning device |
-
2018
- 2018-11-06 CZ CZ2018-605A patent/CZ2018605A3/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4217402A (en) * | 1979-02-05 | 1980-08-12 | Monosolar Inc. | Photoelectrochemical cells having gelled electrolyte |
| JPH0287338A (en) * | 1988-09-22 | 1990-03-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical memory element |
| US20030062080A1 (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Nec Corporation | Photoelectrochemical device |
| US20100044813A1 (en) * | 2008-08-21 | 2010-02-25 | Yi-Tyng Wu | Optically controlled read only memory |
| WO2018041995A2 (en) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Optoelectronic and/or electrochemical learning device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2018605A3 (en) | 2020-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Woodhouse et al. | Combinatorial discovery and optimization of a complex oxide with water photoelectrolysis activity | |
| Ito et al. | Carbon‐double‐bond‐free printed solar cells from TiO2/CH3NH3PbI3/CuSCN/Au: structural control and photoaging effects | |
| Hauch et al. | Diffusion in the electrolyte and charge-transfer reaction at the platinum electrode in dye-sensitized solar cells | |
| Huang et al. | Charge recombination in dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells | |
| Boschloo et al. | Electron trapping in porphyrin-sensitized porous nanocrystalline TiO2 electrodes | |
| Kambe et al. | Influence of the electrolytes on electron transport in mesoporous TiO2− electrolyte systems | |
| Wang et al. | Photolelectrochemistry of nanostructured WO3 thin film electrodes for water oxidation: mechanism of electron transport | |
| Chen et al. | A quantitative analysis of the efficiency of solar-driven water-splitting device designs based on tandem photoabsorbers patterned with islands of metallic electrocatalysts | |
| Willis et al. | Electron dynamics in nanocrystalline ZnO and TiO2 films probed by potential step chronoamperometry and transient absorption spectroscopy | |
| Ito et al. | Light stability tests of CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite solar cells using porous carbon counter electrodes | |
| EP0855726A1 (en) | Solar cell and process of making same | |
| JP4507306B2 (en) | Oxide semiconductor electrode and dye-sensitized solar cell using the same | |
| Fekete et al. | Photoelectrochemical water oxidation by screen printed ZnO nanoparticle films: effect of pH on catalytic activity and stability | |
| US7179988B2 (en) | Dye sensitized solar cells having foil electrodes | |
| Laser et al. | Semiconductor Electrodes: VI. A Photoelectrochemical Solar Cell Employing a Anode and Oxygen Cathode | |
| Keothongkham et al. | Electrochemically deposited polypyrrole for dye-sensitized solar cell counter electrodes | |
| CN107541747B (en) | A kind of energy storage device integrating optical electro-chemical water decomposes the design method of battery | |
| Kityakarn et al. | (Photo) Electrochemical characterization of nanoporous TiO2 and Ce-doped TiO2 sol–gel film electrodes | |
| Mincuzzi et al. | Laser-Sintered $\hbox {TiO} _ {2} $ Films for Dye Solar Cell Fabrication: An Electrical, Morphological, and Electron Lifetime Investigation | |
| JP2004039471A (en) | Pigment-sensitized solar cell | |
| CZ308265B6 (en) | A memory item for storing the n-bit code and a method for generating the code | |
| Sang et al. | Role of g-C3N4 in fabrication of BiVO4/WO3 Z-scheme heterojunction for high photoelectrochemical performances with enhanced light harvesting | |
| CZ33289U1 (en) | Memory element for storing n-bit code | |
| JP2006073488A (en) | Dye-sensitized solar cell and manufacturing method thereof | |
| KR101058081B1 (en) | Method for manufacturing photoelectrode using optical interference lithography and dye-sensitized solar cell comprising photoelectrode |