一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维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，涉及一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维打印装置及方法，利用电流体动力效应获得的微纳尺度电喷射流在衬底上逐滴/逐叠打印出三维固定支座，三维固定支座内含有的溶剂不断挥发，当支座为半固化时具有一定黏性，更换梁结构溶液并调节打印参数获得微纳尺度高粘连续射流，将此射流打印到三维固定支座上，高粘连续射流与半固化固定支座充分黏合，待两者完全固化获得微纳简支梁结构，利用高能激光热解去除一端三维固定支座或利用微切割技术分割简支梁结构，得到微纳悬臂梁结构。本发明专利技术制备微纳尺度梁结构的打印方法，具有材料适应性广、加工周期短等优点，为微纳梁结构高性能器件的高效、低成本制造提供有效途径。

【技术实现步骤摘要】
一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维打印装置及方法
本专利技术属于先进制造
，涉及一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维打印装置及方法。
技术介绍
微纳尺度梁结构具有高柔性、高灵敏性等突出优势已经成为微纳器件的重要结构之一，以微纳梁为核心感知单元的器件表现出了更高灵敏度、更高集成度和更低功耗等突出性能，在生物医疗、能源环境等领域具有广阔应用前景。目前制备微纳尺度梁结构多采用化学气相沉积、转移法等。化学气相沉积制备微纳梁结构存在电荷、热量的大量积累，这使得结构生长特性发生变化，生长角度不易控制且多发生偏移。例如，这种偏移的存在使得制备出长度超过几微米的纳米悬臂梁非常困难。转移法是指将其他工艺制备出的微纳线结构通过特定微操作精确地转移到指定位置，以获得微纳尺度梁结构。但是转移法工艺复杂、特殊加工条件、成本高，另外转移后的微纳尺度梁结构的端部需要特殊工艺进行焊接、固定，这无疑又增加了其制备成本和周期。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述脱衬底纳米线制造技术的不足，专利技术一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维打印装置及方法。利用电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维打印装置，其包括电射流三维打印模块、激光热解模块和微切割模块；其特征在于，所述的电射流三维打印模块包括X-Y运动平台(1)、衬底(2)、高速相机(3)、高压电源(4)、注射泵(5)、微量注射器(6)、梁结构溶液(7)、导管(8)、喷针(9)、喷针夹具(10)、Z运动轴(11)、梁结构溶液高粘连续射流(12)、柱状固定支座(16)、微纳简支梁(17)、矩形固定支座(18)、固定支座溶液(22)、支座溶液射流(23)、支座溶液液滴(24)；所述的衬底(2)固定在X-Y运动平台(1)；所述的高速相机(3)用于观测微纳尺度梁结构的制备过程；所述的微量注射器(6)置...

【技术特征摘要】
1.一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维打印装置，其包括电射流三维打印模块、激光热解模块和微切割模块；其特征在于，所述的电射流三维打印模块包括X-Y运动平台(1)、衬底(2)、高速相机(3)、高压电源(4)、注射泵(5)、微量注射器(6)、梁结构溶液(7)、导管(8)、喷针(9)、喷针夹具(10)、Z运动轴(11)、梁结构溶液高粘连续射流(12)、柱状固定支座(16)、微纳简支梁(17)、矩形固定支座(18)、固定支座溶液(22)、支座溶液射流(23)、支座溶液液滴(24)；所述的衬底(2)固定在X-Y运动平台(1)；所述的高速相机(3)用于观测微纳尺度梁结构的制备过程；所述的微量注射器(6)置于注射泵(5)上，微量注射器(6)抽取固定支座溶液(22)并通过导管(8)将其输送至喷针(9)内，喷针(9)安装在喷针夹具(10)，喷针夹具(10)固定在Z运动轴(11)上；所述的高压电源(4)通过喷针夹具(10)向喷针(9)及固定支座溶液(22)施加电压，此时喷针(9)与衬底(2)之间形成电场，固定支座溶液(22)在喷针(9)出口处形成支座溶液射流(23)或支座溶液液滴(24)，支座溶液射流(23)逐层叠加三维打印出矩形固定支座(18)，支座溶液液滴(24)逐滴累加三维打印出柱状固定支座(16)；所述的矩形固定支座(18)和柱状固定支座(16)内含有的溶剂不断挥发，支座黏度不断增大，逐渐趋于半固化；所述的梁结构溶液(7)在多力复合作用下于喷针(9)出口处形成微纳尺度的梁结构溶液高粘连续射流(12)，高粘连续射流在Z运动轴(11)拖动下搭在矩形固定支座(18)和柱状固定支座(16)上，高粘连续射流与具有黏性的半固化支座充分黏合，形成微纳简支梁(17)；所述的高速相机(3)用于观测打印过程中支座溶液射流(23)(支座溶液液滴(24)、梁结构溶液高粘连续射流(12))的喷射行为，根据观测到的喷射行为调节打印参数，以保证射流的稳定性；所述的高速相机(3)用于观测梁结构溶液高粘连续射流(12)与矩形固定支座(18)、柱状固定支座(16)的位置关系，根据观测到的结果调节射流速度和喷射位置，以保证高粘连续射流搭在固定支座上；所述的固定支座内溶剂挥发时间影响支座的黏度，固定支座的黏度和梁结构溶液高粘连续射流(12)的黏度影响两者黏合，进而影响微纳尺度梁结构的特征；
所述的激光热解模块包括激光器运动系统(13)、激光器(14)、激光束(15)和微纳悬臂梁(25)；所述的激光器运动系统(13)控制激光器(14)的运动，进而控制激光束(15)的运动；所述的激光器(14)发出激光束(15)辐照矩形固定支座(18)和柱状固定支座(16)的一侧，单侧固定支座在高能激光束(15)作用下热解，微纳简支梁(17)因单侧支座的热解而悬空，制备得到微纳悬臂梁(25)；所述的高速相机(3)用于观测激光束(15)热解固定支座的情况，根据观测结果，调节激光束(15)辐照参数，并通过激光器运动系统(13)调节激光束(15)的运动参数，以保证制备出微纳悬臂梁(25)；
所述的微切割模块包括微切割刀具(19)、刀具驱动系统(20)和刀具进给系统(21)；所述的微切割刀具(19)固定在刀具驱动系统(20)上，刀具驱动系统(20)向微切割刀具(19)提供动力参数；所述的刀具进给系统(21)控制微切割刀具(19)的切割进给参数，微切割刀具(19)分割微纳简支梁(17)，得到微纳悬臂梁(25)，分割不同位置可得到不同长度的微纳悬臂梁(25)；所述的...

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