本发明专利技术公开了一种基于电流体动力喷印的阵列化图案喷印装置，包括金属针头，承印层，金属基板，运动平台和高压发生器，其中，所述金属针头设置在承印层上方，该承印层设置在金属基板上，该金属针头和金属基板分别连接到高压发生器正负端，从而在两者之间形成电场，所述金属基板可在运动平台的驱动下作平面运动，从而带动承印层运动，在电场作用下，喷印溶液通过金属针头流出并形成射流喷射到运动的承印层上，即可在该承印层上形成所需的喷印图案。本发明专利技术还公开了利用上述装置制备图案的方法。本发明专利技术基于拉伸辅助的高精度定位，实现了在工程环境下，高精度阵列化图案的简单、快速制造，突破了传统静电喷印技术在射流定位与喷印特定图案方面的限制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用静电纺丝技术制备的高精度阵列化图案及其制备方法和装置，属于电子制造电喷印
技术介绍
喷印技术作为一种制造工艺工具，其应用可以追溯到上个世纪50年代西门子将其用于机器输出轨迹的打点，更多的发展则发生在I960 1980期间，这使得现在喷印技术能在许多领域得到较为广泛的应用，包括图像输出与标记等。传统的喷印技术主要采用连续喷印(CIJ)和按需喷印(DOD)两种方法，两种喷印技术都能够产生直径范围在20-150微米的液滴CIJ主要应用于编码和标识，液滴直径约为100微米；DOD则主要应用在图像和文字打印上，液滴直径更小，通常在20-50微米。由于传统的喷印技术采用热力或者压力的方式产生喷射，使得其在液滴喷射的产生与喷射依赖与喷印头的尺寸，而一般为喷印头直径的1. 89倍，制造细小的喷印头需要复杂的微制造工艺与材料，因此传统喷印技术制造细小液滴基本无法实现。与传统的喷印技术相比，通过静电场产生喷射的喷印技术(电流体动力喷印)能够产生更细小的液滴与液丝，直径可以达到纳米级别。同时，电流体动力喷印技术可以喷印高分子有机物等多种材料，使得其应用范围更加宽广，如柔性电子制造，陶瓷元件制造，组织工程等。然而，由于在喷射过程中液丝会产生“鞭动”等不稳定现象，使得这种技术只应用在了静电纺丝上以获得有特定性能的纤维，而难以用于有高定位精度要求的喷印图案上。(参考文献:Derby, B. (2010). “ Inkjet Printing of Functional and Structural Materials :Fluid Property Requirements, Feature Stability, and Resolution. " Annual Review of Materials Research 40 :395-414 ；Zhouping YIN, Yongan Huong，NingBin BU,Xiaomei WANG&Youlun XIONG(2010). “ Inkjet printing for flexible electronics -Materials, processes and equipments. " Chinese Science Bulletin Vol. 55No. 3 :1_25。)综上所述，现有的电流体动力喷印技术以下几个缺点(1)喷印打印定位精度较低；( 连续喷印可控性差；(3)打印分辨率难以提高。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于，针对传统电流体动力喷印技术的喷射不稳定和难以定位等缺陷，提出一种基于电流体动力喷印的阵列化图案喷印装置，突破传统电流体喷印技术在液丝定位与喷印特定图案上的限制，可高效高精度的制造阵列化图案，其线宽分辨率可达到200nm，图案定位精度可达到5 μ m。为实现该该专利技术目的所采用的技术方案如下一种基于电流体动力喷印的阵列化图案喷印装置，包括金属针头，承印层，金属基板，运动平台和高压发生器，其中，所述金属针头设置在承印层上方，该承印层设置在金属基板上，该金属针头和金属基板分别连接到高压发生器正负端，从而在两者之间形成电场， 所述金属基板可在运动平台的驱动下作平面运动，从而带动承印层运动，在电场作用下，喷印溶液通过金属针头流出并形成射流喷射到运动的承印层上，即可在该承印层上形成所需的喷印图案。作为本专利技术的改进，所述金属针头设置在一高度调节架上，其相对金属基板的距离可通过该高度调节架进行调节。作为本专利技术的改进，所述装置还包括流量泵，注射器和导管，喷印溶液通过所述流量泵泵入注射器，并进而通过所述导管流入金属针头。作为本专利技术的改进，所述的高压发生器的正极接在金属针头上，负极接在金属基板上。作为本专利技术的改进，所述承印层可以为硅片或纸张。作为本专利技术的改进，所述金属针头与金属基板的间距即两极距离，为5 30mm。作为本专利技术的改进，所述流量泵所供给的溶液流量为10 lOOOnl/min。作为本专利技术的改进，所述高压发生器上施加的电压为0. 75 2. 50kV。本专利技术的目的之二在于提供一种利用上述装置制备阵列化图案的方法，具体包括如下步骤(1)制备喷印溶液。采用高分子聚合物(如PEO，PVP等)，按照一定质量比O % 6%)，配置成具有一定粘度的溶液，并在磁力搅拌器下边加热边搅拌数小时，待充分溶解均勻后，冷却后得到可喷印的溶液。将溶液充入导管和流量泵的注射器中。(2)静电喷印。将高压发生器9的正极与金属针头相连，负极与金属基板相连，并将正负极距离调节到5 IOmm;对注射泵进行精密控制，使得高分子溶液以一定的流量(10 IOOnl/ min)进行供给，同时高压发生器在针头和收集板之间施加电压(0. 75 2. 50kV)；当针头部分的溶液所受电场力大于溶液表面张力时，针头部分形成泰勒锥并形成射流；射流在电场力的作用下垂直落下，形成射流沉积到基板上。(3)待射流精确定位到基板上的同时，通过控制基板在X-Y方向按照图案的设定的轨迹进行运动，即可以得到所需图案。本专利技术所述的高分子溶液，需配置合适的浓度，在一定温度下使用搅拌器搅拌，并静止若干小时，使其充分均勻。此溶液中高分子材料，包括聚氧化乙烯，PED0T:PSS等可配置成溶液的绝缘、导电的功能材料，同时也包括金属纳米粒子/聚合物的复合材料。其喷射稳定且定位准确的机理在于在喷射过程中产生“鞭动”时，由于两极距离较近使得“鞭动”引起的摆动可控制在较小的范围内，从而得到射流在基板上的精确定位。 同时基板上已吸附的射流对空间中下落的纤维的拉拽作用，可以沿直线对纤维进行收集打印。另一方面，通过控制收集基板的运动而非喷射针头的运动，可以保证喷射过程的稳定，与传统喷印技术或静电纺丝技术相比，本专利技术的优点具有1)定位精度高，本专利技术中由于喷射针头的位置不变，而采用运动基板位置来喷印图案，可以保证针头部位喷射过程的稳定，同时基板对在空间中下落的纤维有拉拽作用，可以保证纤维形成时的直线度。2)成本低，本专利技术无需涉及光刻等复杂工艺，且材料成本低廉，并可以采用卷到卷工艺进行批量生产。3)效率高，阵列化图案的获得还可以通过多个喷嘴实现，可快速制备阵列化图案。4)该方法为连续打印方式，打印速度可达lm/s，可快速在大面积内进行图案沉积。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；1为流量泵，2为注射器，3为导管，4为高度调节架，5为金属针头，6为承印层，7为金属基板，8为X-Y运动平台，9为高压发生器；图2是喷印阵列化直线时，X-Y运动平台的运动轨迹示意图。图3是采用阵列化直线运动时，喷印的PEO溶液(6% )，在电压为2. 5kV，两极距离为5mm，运动速度为100mm/S，运动间距为IOOum的条件下，所得的阵列化直线图案的光学显微图。图4是采用阵列化网格运动时，喷印的PEO溶液(6%)，在电压为l.OkV，两极距离为5mm，运动速度为400mm/s，运动间距为5μπι的条件下，所得的阵列化网格图案的光学显微图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的阵列化图案喷印装置，包括流量泵1，注射器2，导管3，金属针头5，承印层6，金属基板7，X-Y运动平台8和高压发生器9，其中，所述金属针本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永安，尹周平，布宁斌，刘慧敏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。