【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米加工，涉及基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法。
技术介绍
1、现阶段，主流的碳纳米管定向排布技术有下列几种方法：介电泳法、lb膜法、接触印刷法和水流法等。介电泳法需要施加高电场，使碳纳米管受到损坏或聚集，从而降低了定向排布的质量和均匀性；lb膜法只能实现二维排布，对于制备三维结构的碳纳米管排布有限；接触印刷法在实际应用中可能受到基底表面粗糙度和形貌的限制，可能导致碳纳米管排布的不均匀性；水流法对于碳纳米管的长度和直径有一定的要求，不适用于较短或较细的碳纳米管；以上方法可能包括适用性限制、排布质量和均匀性方面的挑战。总的来说现有排布技术有着排布方法复杂、排布效率低、分布不均匀等缺点，对于碳纳米管在其微电子器件研究方面存在许多障碍。因此确立一种能够简单、快速、精确的碳纳米管排布方法尤为迫切。
2、微纳3d打印技术利用微纳米级别的精度和分辨率来制造三维立体结构的技术。其具体分类包括喷墨打印，微滴喷射，电喷印技术等。其中喷墨打印是一种将功能材料进行图案化沉积的手段,具有分辨率高，打印速度快，操作便捷和成本低等优点；微滴喷射是一种通过将墨水分成微小的液滴，然后用电场或压力将其精确地喷射到打印介质上的技术，具有打印速度快，墨水利用率高等优势；电喷印是一种通过将墨水带电，用静电场将其吸引到打印介质上的技术，具有高分辨率，高精度，多图案化等优势。综上所述，微纳3d打印技术是一种非常先进和创新的打印技术，通过调控打印参数，来控制打印材料的飞行轨迹和落点位置，进而实现任意形状和表面的打印，因此它在功能器件研究应用领域
3、由于液滴边缘蒸发速率大于中心蒸发速率，致使液滴内部产生一个外向的毛细流动，将悬浮的粒子携带至液滴边缘，并在边缘沉积成环状，产生“咖啡环”效应，沉积过程为：液滴在固体表面干燥时，会保持一个气液固三相接触线，在液滴蒸发和外部环境力的作用下，液滴内部存在一种向外流动的毛细作用力，将悬浮颗粒由液滴中心移动到边缘；蒸发后，悬浮粒子沿气液固三相接触线高度集中沉积，出现不均匀沉积的“咖啡环”效应。在打印过程中，会不可避免地产生“咖啡环”效应，即打印液滴与基板接触后自发地形成一个环状的结构。这种效应会导致功能材料的不均匀沉积，从而影响打印图案的分辨率和所制备功能器件的性能。然而，如果能够利用“咖啡环”效应，使碳纳米管实现定向排布，那将十分具有研究价值和意义，对于微纳米打印图案精度及功能器件性能研究将会有极大提升。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，解决了现有技术中碳纳米管定向排布方法复杂、效率低、分布不均匀的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，制备碳纳米管分散液装入打印机料筒中，对基板进行表面修饰处理，通过打印喷头喷印按照规划的图案路径在基板上，调控打印参数，打印出排布在液滴边缘的碳纳米管咖啡环，使相邻的“咖啡环”相互连接，融合沉积形成一条碳纳米管线，从而实现碳纳米管的定向排布。
3、本专利技术的特点还在于，
4、具体按照以下步骤实施：
5、步骤1，制备碳纳米管分散液，将碳纳米管分散液装入微纳3d打印机设备的打印机料筒内；
6、步骤2，制备表面修饰溶液，将基板经表面修饰溶液处理，固定在打印台上；
7、步骤3，打印机开始打印，将碳纳米管分散液打印于基板上；
8、步骤4，完成打印工作后，取下基板，观察打印图案精度。
9、步骤1具体过程为：在烧杯中加入去离子水和分散剂进行搅拌，再加入碳纳米管固体粉末继续搅拌分散，超声处理30min，静置冷却5min使溶液达到稳定状态，将配置好的碳纳米管分散液功能性材料倒入打印机料筒中，完成预打印工作。
10、步骤2具体过程为：在烧杯中称取去离子水和表面活性剂，搅拌充分混合，选取基板放入烧杯中浸泡10min取出，静置5min，完成基板表面修饰处理，将处理好的基板通过夹具固定在打印台上，完成预打印工作。
11、步骤3具体过程为：开启打印机，设置打印参数，打印机开始打印；通过调节打印参数，精确实现将打印材料喷印在指定基板表面上，并通过编译g代码进行多种图案排布，来实现多种复杂结构的制作。
12、步骤4具体过程为：使用显微镜观察基板上碳纳米管咖啡环阵列，通过测量打印线宽和打印间距评估碳纳米管排布效果，并根据评估结果进行优化改进，实现碳纳米管的高效率、高精度的定向排布。
13、步骤1中碳纳米管分散液为碳纳米管溶解在一种或多种卤代烃中形成，分散剂采用氯仿、二氯乙烷、三氯乙烷、氯苯、二氯苯、溴苯中任一种有机溶剂。
14、步骤1中微纳3d打印机设备选用电流体动力喷印打印机、微滴喷射打印机、喷墨打印打印机任一种。
15、步骤2中表面修饰溶液为添加过表面活性剂的水溶液，表面活性剂为脱氧胆酸钠、胆酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚山梨醇、聚乙二醇中的任意组合；
16、基板选用si基底、sio2基底、玻璃基底、纸基底、聚对苯二甲酸乙二醇酯基底、聚二甲基硅氧烷基底中任一种。
17、本专利技术的有益效果是：本专利技术基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法可实现碳纳米管形状密度可调，间距定位精准的排布，具有操作简单，排布效率高效，可控性好的特点，能有效解决现有技术中碳纳米管定向排布方法复杂、效率低、分布不均匀的问题，对微纳米打印图案精度提升具有重要的科学意义和工程应用价值。
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1.基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，制备碳纳米管分散液装入打印机料筒(1)中，对基板(3)进行表面修饰处理，通过打印喷头(2)喷印按照规划的图案路径在基板(3)上，调控打印参数，打印出排布在液滴边缘的碳纳米管咖啡环(4)，使相邻的“咖啡环”相互连接，融合沉积形成一条碳纳米管线(5)，从而实现碳纳米管的定向排布。
2.根据权利要求1所述基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述步骤1具体过程为：在烧杯中加入去离子水和分散剂进行搅拌，再加入碳纳米管固体粉末继续搅拌分散，超声处理30min，静置冷却5min使溶液达到稳定状态，将配置好的碳纳米管分散液功能性材料倒入打印机料筒(1)中，完成预打印工作。
4.根据权利要求3所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述步骤2具体过程为：在烧杯中称取去离子水和表面活性剂，搅拌充分混合，选取基板(3)放入烧杯中浸泡10min取出，静置5min，完成基板表面修饰处理，将处
5.根据权利要求4所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述步骤3具体过程为：开启打印机，设置打印参数，打印机开始打印；通过调节打印参数，精确实现将打印材料喷印在指定基板表面上，并通过编译G代码进行多种图案排布，来实现多种复杂结构的制作。
6.根据权利要求5所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述步骤4具体过程为：使用显微镜观察基板3上碳纳米管咖啡环阵列，通过测量打印线宽和打印间距可评估碳纳米管排布效果，并根据评估结果进行优化改进，实现碳纳米管的高效率、高精度的定向排布。
7.根据权利要求2所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述步骤1中碳纳米管分散液为碳纳米管溶解在一种或多种卤代烃中形成，分散剂采用氯仿、二氯乙烷、三氯乙烷、氯苯、二氯苯、溴苯中任一种有机溶剂。
8.根据权利要求2所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述步骤1中微纳3D打印机设备选用电流体动力喷印打印机、微滴喷射打印机、喷墨打印打印机任一种。
9.根据权利要求4所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述步骤2中表面修饰溶液为添加过表面活性剂的水溶液，表面活性剂为脱氧胆酸钠、胆酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚山梨醇、聚乙二醇中的任意组合。
10.根据权利要求1所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述基板(3)选用Si基底、SiO2基底、玻璃基底、纸基底、聚对苯二甲酸乙二醇酯基底、聚二甲基硅氧烷基底中任一种。
...【技术特征摘要】
1.基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，制备碳纳米管分散液装入打印机料筒(1)中，对基板(3)进行表面修饰处理，通过打印喷头(2)喷印按照规划的图案路径在基板(3)上，调控打印参数，打印出排布在液滴边缘的碳纳米管咖啡环(4)，使相邻的“咖啡环”相互连接，融合沉积形成一条碳纳米管线(5)，从而实现碳纳米管的定向排布。
2.根据权利要求1所述基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述步骤1具体过程为：在烧杯中加入去离子水和分散剂进行搅拌，再加入碳纳米管固体粉末继续搅拌分散，超声处理30min，静置冷却5min使溶液达到稳定状态，将配置好的碳纳米管分散液功能性材料倒入打印机料筒(1)中，完成预打印工作。
4.根据权利要求3所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述步骤2具体过程为：在烧杯中称取去离子水和表面活性剂，搅拌充分混合，选取基板(3)放入烧杯中浸泡10min取出，静置5min，完成基板表面修饰处理，将处理好的基板(3)通过夹具固定在打印台上，完成预打印工作。
5.根据权利要求4所述的基于咖啡环效应的碳纳米管定向排布方法，其特征在于，所述步骤3具体过程为：开启打印机，设置打印参数，打印机开始打印；通过调节打印参数，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊鹏，王以磊，肖渊，张代聪，张敏，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：
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