纸电路:制作电气化艺术

2020年3月2日 作者 奇先生 0

难度 <! - 4 - >
所需时间 平均(6-10天)
先决条件
材料可用性 该项目需要特殊的电路材料。有关详细信息,请参阅材料和设备列表。预计项目时间包括运输特种材料的时间。
费用 平均值($ 40 – $ 80)
安全 没有问题

摘要

“纸质电路” 是一种通过直接向绘画或绘画添加灯光来混合电子和艺术的有趣方式。这些灯需要电池给它们供电,通常你会用电线连接它们。然而,在纸质电路中,许多材料可以替代为”线” ,包括特殊类型的油漆,油墨,甚至铝箔。您可以使用哪种类型的电池也有不同的选择。您认为哪种材料效果最好?试试这个项目吧!

目的

了解哪种类型的电池和”电线” 材料最适合在纸张电路中设置灯光。

积分

Ben Finio,PhD,Science Buddies
  • Scotch®是3M的注册商标。

引用本页

此处提供了一般引用信息。请务必检查所使用方法的格式,包括大小写,并根据需要更新引文。

MLA风格

菲尼奥,本。”纸电路:制作电气艺术。” 科学伙伴,2018年3月15日,https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p085/electricity-electronics/paper-circuits。2019年7月6日访问。

APA风格

菲尼奥(2018年3月15日)。纸电路:制作电气化艺术。从…获得https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p085/electricity-electronics/paper-circuits


最后编辑日期:2018-03-15

简介

你有没有制作过包括灯光的绘画或绘画,如来自太阳的光线,或夜间的房屋窗户?如果那些光源实际上点亮,你认为这会很有趣吗?这就是纸张电路允许你做的事情 – 直接在你的绘画或绘画中构建真实的灯光,如图1所示。

 paper circuit LED flowers
图1。纸质电路的示例,其包括花朵中心的真实灯光。

电气电路是电流可以流动的环路。基本电路需要电池,它可以存储电力(其他类型的电路可以从其他地方获取电力,如墙上插座)。电池必须连接到一个灯光,灯光的材料让电流容易流动(有点像水很容易流过管道)。这些材料被称为导体让电流容易流动的材料称为绝缘体)。图2显示了基本电路图。

基本电路图。
图2. 基本电路图。电由电池供电。它通过导体(在该图中为导线)循环流入灯,然后返回电池。

大多数电路的导线(如家中灯或电脑内的电线)都是用铜线制成的,因为铜是非常好的导体。然而,纸电路中的导电材料有许多不同的选择,如图3所示。

纸质电路中使用的导体
图3. 您可能在此项目中测试的导电材料。从上到下:艺术家的石墨铅笔,#2铅笔,导电油墨,电漆,铜带和铝箔。

还有不同类型的电池,如图4所示。您可能熟悉AA或AAA电池,常用于玩具和电子设备.纽扣电池 – 手表中的类型 – 小巧,扁平,轻巧. 9伏电池更大更重,但有更高的电压,这是电池”推” 电的难度(本项目中的纽扣电池只有3伏[V])。较高的电压可以通过导电性较差的材料”推动” 电流,而低电压则需要非常导电的材料以便通过较多的电流。

9伏和纽扣电池
图4. 9 V电池(左)和纽扣电池(右)。

在这个项目中,您将使用图4中的电池测试图3中所示的每种导电材料,以点亮称为 LED 的微小光线(代表光) – 发光二极管)。您认为哪种材料适用于哪种电池?你认为什么样的组合将成为艺术项目的”最佳” 整体?阅读问题和参考书目部分,开始制定您的假设。

术语和概念

  • 电路
  • 导体
  • 绝缘体
  • 电池
  • 纽扣电池
  • 9伏(V)电池
  • 电压
  • 发光二极管(LED)

问题

  • 有哪些不同材料可用作纸质电路中的导体?
  • 纸质电路项目有哪些例子? 提示:在互联网上搜索”纸质电路” 并查看出现的一些项目。
  • 仔细查看您找到的示例纸张电路项目。
    • 他们使用什么类型的导电材料?
    • 他们使用什么类型的电池?
  • 搜索看看哪种类型的材料通常会制造”好” 的导体,以及哪种类型的导体不良。

参考书目

有关创建图表的帮助,请尝试使用以下网站:

材料和设备

SparkFun Electronics 提供以下材料:

  • 5毫米铜带,SparkFun Electronics部件号# PRT-10561
  • 电动涂料笔,SparkFun Electronics部分# COM-11521
  • 导电墨水笔,SparkFun Electronics部分# COM-13254
  • 9伏电池,SparkFun Electronics部分# PRT-10218
  • 2032纽扣电池,SparkFun Electronics部分# PRT-00338
  • 鳄鱼夹测试线,SparkFun Electronics部分# PRT-12978
    • 注意:这些产品以10件装出售,但此项目只需2件。
  • 各种LED,SparkFun Electronics部件# COM-12062
    • 注意:此项目只需要几个LED,但您可以为您的作品使用其他LED。

以下材料可在家中或艺术品供应商店购买:

  • 艺术家的石墨铅笔和/或#2支铅笔,可从 Amazon.com 或艺术品供应商店。
    • 注意:铅笔上标有字母和数字,表示硬度等级。例如,#2铅笔上也可能有字母”HB” 。上面列出的石墨铅笔包含2B,4B和6B铅笔。要了解有关铅笔硬度标度的更多信息,请参阅 http://www.thedrawingsource.com/drawing-pencils.html。如果你购买不同硬度等级的多支铅笔,你可以测试所有这些。
  • 铝箔
  • 打印纸或建筑纸(至少6张)
  • Scotch®胶带
  • 公制标尺
  • 剪刀
  • 薄画笔
  • 绘制或绘画您选择的材料(标记,彩色铅笔,蜡笔等)
  • 保护工作面的报纸
  • 实验室笔记本

声明:Science Buddies参与联盟计划家庭科学工具 Amazon.com Carolina Biological ,以及 Jameco Electronics 。联盟计划的收益有助于支持Science Buddies,501(c)(3)公益慈善机构,为每个人免费提供资源。我们的首要任务是学生学习。如果您对我们网站上的建议您为科学项目所做的购买有任何意见(正面或负面),请告诉我们。写信给我们 scibuddy@sciencebuddies.org

实验程序

学习如何使用纽扣电池制作纸质电路

在开始实验之前,您将学习如何通过以下步骤制作基本纸张电路。

  1. 将纽扣电池放在一张纸的角落附近。跟踪电池周围的圆圈。然后,将电池和纸张放在一起,将纸张的边角和电池折叠起来,然后将电池放在大面积的空白纸上。现在,在新位置跟踪电池周围的圆圈,如图5所示。
纸币电路步骤1中的纽扣电池
图5。在纽扣电池周围跟踪两个圆圈,在纸张角落附近的折叠线两侧各一个圆圈。应首先绘制左侧的圆圈,然后将纸张和电池折叠起来,使电池处于新的位置以跟踪第二个圆圈,如此处所示。

  1. 底部圆的中心绘制一条平行于纸张边缘的100毫米线,如图6所示。从顶部圆的中心绘制第二条线,平行于和结束第一条线的位置(此线将略长于100毫米)。
纸张电路布局
图6. 从底部圆的中心绘制一条100毫米的线,并从顶部圆的中心绘制一条平行线。

  1. 在每条线上铺一条铜带,如图7所示。
纸张电路铜带 <登记/>图7。用铜带条覆盖两条线。

  1. 选择红色,绿色或黄色(非蓝色)LED。您将使用此颜色进行所有试验。将LED的支脚稍微向外展开,然后将它们两侧向侧面弯曲,如图8的左侧部分所示。使用透明胶带将LED的支脚胶带粘到铜带上。
    1. 注意:LED有两条腿,称为引线(发音为”leeds” )。其中一个比另一个长。较长的支路是LED的正(+)侧,较短的支路是LED的负( – )侧。较长的引线应靠近纸张边缘,如图8所示(这将在后面的步骤中连接到电池的正极侧)。
    技术说明

    红色,绿色和黄色LED只需要大约2.4 V点亮,因此可以使用3 V纽扣电池供电。蓝色LED需要3.4 V,因此使用3 V纽扣电池时,它们不会以全亮度点亮(或根本不亮起)。

  2. 将纽扣电池放在底部铜带上的带圆圈上,正极(+)朝上,如图8右侧所示。
纸张电路LED纸电路纽扣电池
图8。(左)如图所示,轻轻地将LED的引线展开并弯曲90度,并将每根引线带到铜带上.(右)将纽扣电池放在底部铜带上的描绘圆上,正极(+)朝上。

  1. 您的电路现在应该看起来像左侧的电路图9.仔细检查以确保连接好所有东西,如图9所示。
  2. 折叠纸张的一角并按下纽扣电池,如图9右侧所示。您的LED应亮起;你刚刚制作了第一个纸质回路!现在,您已准备好继续进行实验。如果您的LED没有亮起:
    1. 尝试用力按下LED的引线,确保它们与铜带接触。
    2. 尝试翻转电池(反转正极和负极连接),以防万一你将LED连接起来。
带纽扣电池和LED的纸质电路带纽扣电池和LED的纸质电路
图9。折叠纸张的一角并向下按电池顶部以使LED亮起。

使用纽扣电池测试不同的导电材料

  1. 首先,您将使用3 V纽扣电池对每种材料进行测试。使用实验室笔记本创建一个表,如表1所示,用于记录结果。

纽扣电池数据
材料 试验1 试验2 试验3 总计
铜带
铝箔
电气涂料
导电油墨
6B石墨铅笔
HB#2 pencil
表1。用于记录使用纽扣电池时LED是否亮起的表格(根据您使用的铅笔类型,您可能需要填写不同的字母/数字)。

  1. 使用纽扣电池测试铜带,使用您在上一节中制作的电路,学习如何使用纽扣电池制作纸质电路。
    1. 用铅笔或钢笔在纸上标记”试验1″ 电路。
    2. 在表1中,在铜带的试验1栏中写上”是” 或”否” ,具体取决于LED是否亮起。
    3. 重要:在记录LED指示灯不亮之前,请进行一些快速故障排除,以确保在连接电路时没有出错。
      1. 尝试用力按下LED的引线,确保它们与铜带接触。
      2. 尝试翻转电池(反转正极和负极连接),以防万一你将LED连接起来。
      3. 如果你尝试这两件事并且LED仍然没有点亮,那么 在表1的适当位置记录”否” 。
    4. 记下您关于点亮LED的任何其他观察结果。例如,LED看起来是非常明亮还是非常暗淡?你是否需要额外努力才能点亮它?

  2. 用铜带重复步骤2 两次
    1. 每次使用同一张纸的新角落,所以所有的铜带试验都在同一张纸上。
    2. 分别标记每个新电路”试验2″ 和”试验3″ 。
    3. 您可以重复使用相同的电池和LED。如果您的磁带开始失去粘性,请使用新的磁带。
    4. 请记住填写表1中的相应列。
  3. 对每种其他导电材料重复步骤2-3。
    重要:以下是测试其他材料时要注意的一些注意事项:
    1. 为每种新材料使用一张新纸,并为三次试验中的每一种使用一张纸。请记住分别为每个电路标记”试验1″ ,”试验2″ 或”试验3″ 。
    2. 您可以继续重复使用相同的电池和LED。根据需要使用新的磁带.
    3. 使用尺子确保您的材料条宽5毫米,与铜带的宽度相匹配。
    4. 用剪刀剪一条铝箔。使用Scotch®胶带将铝箔粘在纸上,但要确保在末端留下暴露的铝箔部分(意思是没有用胶带覆盖),以便连接电池和LED(这是必要的,因为透明胶带是一种绝缘体)。
    5. 务必使用报纸保护您的工作表面,尤其是在绘画时.
    6. 对于电动涂料,使用薄漆刷在铅笔线上涂上5毫米宽,薄,均匀的层。在测试前等待至少15分钟以使电漆干燥。如果15分钟后油漆仍然没有干燥,请等到它完全干燥。
    7. 对于导电油墨,确保完全填充5毫米宽的条带;不要在纸上留下任何白点。
    8. 对于铅笔,请确保通过用力按下并在同一区域上来回抽屉多次填充5毫米黑暗
    9. 请记住为每个试验填写表1的正确行。
  4. 使用次数填写表1的最后一列,以便为每种材料点亮LED。例如,如果您为三次试验写了”是,是,否” ,则在”总计” 栏中写下”2″ 。

学习如何使用9 V电池制作纸质电路

使用9 V电池的步骤与使用纽扣电池略有不同。请按照以下步骤学习如何使用9 V电池。

  1. 放下报纸以保护您的工作表面,然后从一张纸的边缘开始,每张100毫米长,5毫米宽,约15毫米,涂上两条平行的电漆条,如左图所示图10的一面。
    1. 确保涂上薄薄的均匀图层。从管中挤出一点点油漆,然后用画笔将其涂抹。
  2. 等待15分钟让油漆干燥。
  3. 弯曲LED的支脚并将其粘贴到涂料上,如图10右侧所示。
    1. 使用两条涂漆线开始朝向您的纸张边缘,使用透明胶带将LED的较长(正)引线连接到左侧涂料条上。
    2. 现在用透明胶带将LED的较短(负极)引线连接到正确的油漆条上。
    3. 注意:当您完成试验并希望使用电动涂料进行更长久的项目时,您可以在LED的腿上涂漆以将它们粘在纸上,而不是用胶带。
纸质电路导电漆纸张电路LED
图10. 在LED上涂上两条电漆和胶带。

  1. 将鳄鱼夹引线夹在9 V电池的端子上,如图11左侧所示。
    1. 将红色导线连接到电池的正极(+)端子。
    2. 将黑色导线连接到电池的负极( – )端子。
    3. 注意:如果您从SparkFun购买了鳄鱼夹引线,它们有10种颜色可供选择。在电子学中,红色通常用于表示正面,而黑色通常用于表示负面。但是,如果您没有可用的红色和黑色鳄鱼夹引线,则可以使用任何颜色。

  2. 将鳄鱼夹引线的另一端连接到电漆条上,如图11右侧所示。
    1. 将红色鳄鱼夹(正片)连接到左侧电漆上。
    2. 将黑色鳄鱼夹(负片)连接到右侧的电漆上。
纸电路9V电池 paper circuit鳄鱼夹 图11. 将鳄鱼夹引线连接到电池端子和电漆条上。

  1. 您完成的电路现在应该如图12所示。仔细检查以确保已正确连接所有电路,然后转到下一部分以记录您的数据(如果您的LED没有亮起,请参阅下一节中的故障排除建议。)。
纸张电路导电漆 图12. 一个完整的电路,配有9 V电池,鳄鱼夹,电动涂料和LED。

使用9 V电池测试不同的导电材料

  1. 创建一个数据表,如表2所示,用于记录结果。确保清楚地将新表标记为”9V电池数据” 。
    1. 重要:请注意,您将使用9 V电池测试铜带和铝箔。这些材料是非常好的导体;事实上,他们让9V电池的电流过多,这会使LED烧坏。

9 V电池数据
材料 试验1 试验2 试验3 总计
铜带 X X X X
铝箔 X X X X
电气涂料
导电油墨
6B石墨铅笔
HB#2 pencil
表2。用于记录使用9 V电池时LED是否亮起的表格。请记住,您将使用9 V电池测试铜带或铝箔。

  1. 您应该已经开始使用上一节中的电动涂料进行首次试验。记录表2中LED是否亮起。重要:在您记录LED指示灯不亮之前,请进行一些快速故障排除,以确保在连接电路时没有出现任何错误。
    1. 尝试用力按下LED的引线,确保它们与电动漆接触。
    2. 尝试翻转涂料上的鳄鱼夹连接(而不是电池),以防万一你向后连接LED。
    3. 如果你尝试这两件事并且LED仍然没有点亮,那么 在表2中的适当位置记录”否” 。
    4. 记下您关于点亮LED的任何其他观察结果。例如,LED看起来是非常明亮还是非常暗淡?你是否需要额外努力才能点亮它?
  2. 重复步骤2 两次,共进行三次电涂料试验。
    1. 每次使用同一张纸的新部分,因此所有的电子涂料试验都在同一张纸上.
    2. 分别标记每个新电路”试验2″ 和”试验3″ 。
    3. 您可以重复使用相同的电池和LED。如果您的磁带开始失去粘性,请使用新的磁带。
    4. 请记住填写表2中的相应列。
  3. 对于每种其他导电材料,重复步骤2-3,除了铜带和铝箔.重要:在测试其他导电材料之前,请仔细阅读以下注意事项:
    1. 为每种不同的材料使用一张新纸。
    2. 您可以继续重复使用相同的电池和LED.
    3. 使用尺子确保所有材料条都宽5毫米。
    4. 对于导电油墨,请务必完全填充两个5毫米宽的条带;不要在纸上留下任何白点。
    5. 对于铅笔,请确保通过用力按下并在同一区域上来回拉动多次来填充5毫米宽的条带
    6. 请记住每次都填写表2的正确行。
  4. 使用次数填写表2的最后一列,以便为每种材料点亮LED。例如,如果您为三次试验写了”是,是,否” ,则在”总计” 栏中写下”2″ 。

分析结果

  1. 根据表1,使用纽扣电池哪种材料效果最好?
    1. 是否有任何材料三次点亮LED?
    2. 是否有任何材料只点亮LED几次,或者只是让LED模糊点亮?
    3. 是否有任何材料根本不起作用?
    4. 这些结果与您的预测相比如何?
  2. 使用表1中的数据制作图表。将导电材料的类型放在x轴(水平)上,并将LED在y轴上点亮的次数(垂直)。如果您需要帮助制作图表,请参阅创建图表网站。
  3. 根据表2,使用9 V电池哪种材料效果最佳?
    1. 是否有任何材料三次点亮LED?
    2. 是否有任何材料只点亮LED几次,或者只是让LED模糊点亮?
    3. 是否有任何材料根本不起作用?
    4. 这些结果与您的预测相比如何?
  4. 使用表2中的数据制作图表。将导电材料的类型放在x轴(水平)上,以及LED在y轴上点亮的次数(垂直)。
  5. 根据您的所有结果,您希望使用哪种类型的导电材料和哪种类型的电池来制作纸张电路?为什么?

可选:制作自己的纸电路艺术项目

现在您已了解制作纸质电路的基本知识,您可以根据实验结果选择要使用的导电材料和电池类型。您想要考虑的材料是否有任何定性方面;例如,材料看起来像什么,或者它们使用起来有多容易?有关使用纽扣电池和铜带制作带有多个LED的电路的说明,请参阅制作纸质电路活动。根据您的实验结果,您可以替换其他材料或使用9 V电池吗?

技术说明

电池的额定电压不仅取决于电压,还取决于它们可以提供多少电流。例如,AA电池每个提供大约1.5 V,你可以将它们中的两个组合起来提供3 V.这与本项目中的纽扣电池电压相同,但是AA电池可以提供很多更多当前。有关基于此概念的项目构想,请参阅变体部分。

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