一种制备纳米拱形结构的电射流打印装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于先进制造技术领域，涉及一种制备纳米拱形结构的电射流打印装置及方法，利用微纳米尺度射流在衬底上构筑出纳米拱形结构的三维支撑结构，借助激光束辐照射流，获得利于打印的溶液物化性质，接着更换打印溶液，通过调节电射流打印工艺参数获得纳米尺度射流，纳米尺度射流飞落到三维支撑结构表面上形成纳米线，借助激光束固化成型纳米线，制备出自下而上依次为衬底‑三维支撑结构‑纳米线的三明治结构，利用激光束热解去除三维支撑结构，部分长度的纳米线位于衬底上方，即获得纳米拱形结构。本发明专利技术的打印装置及方法制备纳米拱形结构，具有控制灵活、加工周期短、材料适应性广等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种制备纳米拱形结构的电射流打印装置及方法
本专利技术属于先进制造
，涉及一种制备纳米拱形结构的电射流打印装置及方法。
技术介绍
随着纳米制造技术的发展，纳米器件集成度不断提高、体积不断减小，器件的功能结构逐渐从平面纳米结构发展为空间纳米结构。纳米拱形作为典型的空间纳米结构不仅具有纳米材料的尺寸、量子、表面等特异效应，还可通过拱形结构的几何形状调控电子、光子输运与耦合行为。纳米拱形结构可以大幅提升纳米器件性能，获得远超平面纳米器件的更高灵敏性、集成度等性能。目前制备纳米拱形结构多采用聚焦离子束沉积(刻蚀)、电子束沉积(刻蚀)等方法，但随着纳米拱形结构高度、跨度的增大，上述方法加工中物质间的反应逐渐减弱，并且引发不可预期破坏。另外纳米拱形结构在叠层沉积和刻蚀过程中会存在界面缺陷，形成结构应力集中和层间薄弱，易引起界面裂纹、断裂等损伤现象，降低了纳米拱形结构的性能。另外，聚焦离子束沉积(刻蚀)、电子束沉积(刻蚀)等方法工艺复杂、加工条件苛刻，这无疑增加了纳米拱形结构的制备成本和周期。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备纳米拱形结构的电射流打印装置，包括电射流打印模块和激光辐照/热解模块，其特征在于：所述的电射流打印模块包括X-Y运动平台(1)、衬底(2)、高压电源(4)、精密注射泵(5)、精密注射器(6)、纳米拱形结构溶液(7)、连接管路(8)、喷针导电夹具(9)、Z运动轴(10)、亚微米/纳米尺度喷针(11)、纳米尺度射流(12)、三维支撑结构溶液(19)、微米喷针(20)和微纳米尺度射流(21)；所述的衬底(2)固定在X-Y运动平台(1)；所述的精密注射器(6)放置在精密注射泵(5)上方，精密注射器(6)吸取一定体积的三维支撑结构溶液(19)并通过连接管路(8)将其输送至微米喷针(20)内，...

【技术特征摘要】
1.一种制备纳米拱形结构的电射流打印装置，包括电射流打印模块和激光辐照/热解模块，其特征在于：所述的电射流打印模块包括X-Y运动平台(1)、衬底(2)、高压电源(4)、精密注射泵(5)、精密注射器(6)、纳米拱形结构溶液(7)、连接管路(8)、喷针导电夹具(9)、Z运动轴(10)、亚微米/纳米尺度喷针(11)、纳米尺度射流(12)、三维支撑结构溶液(19)、微米喷针(20)和微纳米尺度射流(21)；所述的衬底(2)固定在X-Y运动平台(1)；所述的精密注射器(6)放置在精密注射泵(5)上方，精密注射器(6)吸取一定体积的三维支撑结构溶液(19)并通过连接管路(8)将其输送至微米喷针(20)内，微米喷针(20)固定在喷针导电夹具(9)上，喷针导电夹具(9)安装在Z运动轴(10)；所述的高压电源(4)通过喷针导电夹具(9)向微米喷针(20)施加高电压，此时微米喷针(20)与衬底(2)之间形成电场力，三维支撑结构溶液(19)于微米喷针(20)出口处形成微纳米尺度射流(21)；所述的纳米拱形结构溶液(7)被输送至亚微米/纳米尺度喷针(11)内，通过调节打印参数，在亚微米/纳米尺度喷针(11)出口处形成纳米尺度射流(12)；
所述的激光辐照/热解模块包括相机(3)、机器手臂控制系统(13)、机器手臂(14)、激光器(15)、激光束(16)、三维支撑结构(17)、纳米线(18)、纳米拱形结构(22)；所述的机器手臂控制系统(13)控制机器手臂(14)的运动，进而控制激光束(16)的运动；所述的激光器(15)发出激光束(16)始终辐照微纳米尺度射流(21)，并使射流发生有利打印-成型的变化，经激光束(16)辐照后的微纳米尺度射流(21)累积，最终在衬底(2)上打印出三维支撑结构(17)；所述的纳米尺度射流(12)在喷射过程中也受到激光束(16)的辐照，并使射流发生有利打印-成型的变化，经激光束(16)辐照后的纳米尺度射流(12)飞落至三维支撑结构(17)表面上形成纳米线(18)，纳米线(18)受到激光束(16)辐照并固化成型；所述的激光束(16)热解去除三维支撑结构(17)，纳米线(18)与衬底(2)之间存在与三维支撑结构(17)同尺寸的间隙，进而得到纳米拱形结构(22)；所述的相机(3)观测打印过程中微纳米尺度射流(21)(纳米尺度射流(12))的射流行为，根据观测到的射流行为调节相应溶液的打印参数，以保证射流的稳定性，同时相机(3)还用于观测激光束(16)与射流、纳米线(18)的重合度，根据观测结果，通过调节机器手臂控制系统(13)改变机械手臂(14)的运动路径，以保证激光束(16)的辐照/热解作用。


2.一种制备纳米拱形结构的电射流打印方法，采用权利要求1所述的打印装置进行实施，
第一步，打印纳米拱形结构的三维支撑结构(17)
首先将衬底(2)固定到X-Y运动平台(1)上，精密注射器(6)固定在精密注射泵(5)上，精密注射器(6)抽取一定量的三维支撑结构溶液(19)，精密注射器(6)通过连接管路(8)将三维支撑结构溶液(19)输送至微米喷针(20)内，微米喷针(20)固定在喷针导电夹具(9)上，喷针导电夹具(9)固定在Z运动轴(10)上，高压电源(4)通过喷针导电夹具(9)向微米喷针(20)施加适量高电压，此时，在微米喷针(20)与衬底(2)之间形成强电场力，被输送到微米喷针(20)内的三维支撑结构溶液(19)在喷孔处形成微纳米尺度射流(21)；可产生激光束(16)的激光器(15)固定在机器手臂(14)上，机器手臂控制系统(13)控制机器手臂(14)的运动，具有高能量的激光束(16)辐照喷射中的微纳米尺度射流(21)，微纳米尺度射流(21)中的三维支撑结构溶液(19)受到激光束(16)辐照后会发生物化性质的变化，如溶剂蒸发-溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，刘麦祺，韩小帅，刘涛，王晓英，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33