The invention discloses a micro drop jet printing device and a method for preparing a graphene super material microstructure by using the device, and is used for solving the complicated technical problem of the existing method for preparing the microstructure of graphene metamaterials. The technical scheme is the device comprises a nitrogen cylinder, pressure controller, accumulator, piezoelectric micro nozzle, micro structure, three-dimensional joint movement base substrate, the three-dimensional joint movement substrate controller, piezoelectric ceramic driver, temperature control instrument and computer. The method is the graphene dispersion through the piezoelectric micro nozzle into discrete magnitude uniform graphene picoliter droplets, and the piezoelectric ceramic actuator adjust the droplet diameter and jet frequency; then by use of computer control of three-dimensional joint movement control substrate, graphene droplets on the substrate accumulation path, point by point, line by line the accumulation of graphene micro structure layer, the evaporation rate and solute transport temperature control of graphene droplet deposition process, finally obtained the graphene complex ultra micro structure of the material pattern. The method is simple and easy.
【技术实现步骤摘要】
微滴喷射打印装置及利用该装置制备石墨烯超材料微结构的方法
本专利技术涉及一种微滴喷射打印装置,还涉及利用这种微滴喷射打印装置制备石墨烯超材料微结构的方法。
技术介绍
石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料,自2004年Novoselov和Geim用微机械剥离法制备出室温下存在的石墨烯以来,迅速在全球掀起了石墨烯研究的热潮。石墨烯是迄今为止最薄最轻、强度最高、导电性最好、导热性最好的材料,因而在化学、物理、生物、机械、医疗甚至组织工程学领域得到广泛的应用。特别的,石墨烯以其独特的零带隙能带结构和电光调制特性,在电磁超材料、尤其是太赫兹超材料领域具有巨大的发展前景。尽管化学气相沉积(CVD)方法可实现大面积石墨烯薄膜的制备,但石墨烯晶体管、石墨烯传感器、石墨烯超材料等功能器件的应用需要复杂、个性化石墨烯微结构的制备。当前石墨烯微结构的制备方法主要包括掩膜光刻、转移压印和激光直写等等,其中前两者均需借助模板进行加工,加工过程繁琐,而激光直写虽无需模板,但其高能加工手段不仅成本较高,且容易造成基底破坏。现有方法在加工石墨烯微结构时的局限性,严重制约了石墨烯在各种功能器件中的应用,因而探索无需掩模、低成本、高柔性的石墨烯微结构加工方法至关重要。文献“JuL,GengB,HorngJ,etal.Grapheneplasmonicsfortunableterahertzmetamaterials.NatureNanotechnology,2011,6(10):630-634”中介绍了一种将化学气相沉积在铜基底上的整体石墨烯薄膜,先转移到Si/SiO ...
【技术保护点】
一种微滴喷射打印装置,其特征在于:包括氮气瓶(1)、压力控制器(2)、储液器(3)、压电微喷头(4)、微结构基底(6)、三维联合运动基板(7)、三维联合运动基板控制器(8)、压电陶瓷驱动器(9)、温控仪(10)和计算机(11);所述氮气瓶(1)通过压力控制器(2)与储液器(3)管道连接,储液器(3)通过管道与压电微喷头(4)连接,压力控制器(2)借助氮气瓶(1)提供的气体向储液器(3)内施加压力,使压电微喷头(4)处的溶液形成压力值可调的背压;三维联合运动基板(7)位于压电微喷头(4)的正下方,并通过三维联合运动基板控制器(8)与计算机(11)相连,微结构基底(6)固定在三维联合运动基板(7)上,当石墨烯微滴(5)从压电微喷头(4)喷出时,配合三维联合运动基板(7)的运动,实现石墨烯微滴(5)在微结构基底(6)上的精确沉积并最终形成石墨烯微结构;压电陶瓷驱动器(9)与压电微喷头(4)电连接,用于向压电微喷头(4)施加频率、脉宽和幅值均可调的方波脉冲驱动信号,以实现不同溶液的均匀微滴喷射;温控仪(10)与三维联合运动基板(7)电连接,用于打印过程中微结构基底(6)的温度控制。
【技术特征摘要】
1.一种微滴喷射打印装置,其特征在于:包括氮气瓶(1)、压力控制器(2)、储液器(3)、压电微喷头(4)、微结构基底(6)、三维联合运动基板(7)、三维联合运动基板控制器(8)、压电陶瓷驱动器(9)、温控仪(10)和计算机(11);所述氮气瓶(1)通过压力控制器(2)与储液器(3)管道连接,储液器(3)通过管道与压电微喷头(4)连接,压力控制器(2)借助氮气瓶(1)提供的气体向储液器(3)内施加压力,使压电微喷头(4)处的溶液形成压力值可调的背压;三维联合运动基板(7)位于压电微喷头(4)的正下方,并通过三维联合运动基板控制器(8)与计算机(11)相连,微结构基底(6)固定在三维联合运动基板(7)上,当石墨烯微滴(5)从压电微喷头(4)喷出时,配合三维联合运动基板(7)的运动,实现石墨烯微滴(5)在微结构基底(6)上的精确沉积并最终形成石墨烯微结构;压电陶瓷驱动器(9)与压电微喷头(4)电连接,用于向压电微喷头(4)施加频率、脉宽和幅值均可调的方波脉冲驱动信号,以实现不同溶液的均匀微滴喷射;温控仪(10)与三维联合运动基板(7)电连接,用于打印过程中微结构基底(6)的温度控制。2.一种利用权利要求1所述微滴喷射打印装置制备石墨烯超材料微结构的方法,其特征在于包括以下步骤:首先根据微结构的形状与尺寸要求,利用计算机(11)中的CAD软件对整体微结构进行建模,并将三维模型保存为STL文件,再将STL文件导入指定的切片数据处理软件,获得数控成型G代码文件;然后进行喷射装置的清洗和连接,将储液器(3)和连接储液器(3)与压电微喷头(4)的输液管超声清洗30~60分钟,将喷嘴直...
【专利技术属性】
技术研发人员:齐乐华,连洪程,罗俊,瞿怀远,胡克文,张蕊蕊,
申请(专利权)人:西北工业大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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