[發明專利]基于雙碳納米管微氣泡發生器的噴印頭及其制備方法

有效

• 申請號: 201010160465.5
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN101817256A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 周文利;孫偉鈞;李宇鵬
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B41J2/14
• 分類號: B41J2/14;B41J2/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于微機電系統技術領域，具體涉及一種基于雙碳納米管微氣泡發生器的噴印頭及其制備方法。

技術背景

噴印成像技術已經成為大幅面數字噴繪、數字照片打印、數字印刷、數字彩色打樣以及家庭和辦公室彩色輸出系統首選的彩色硬拷貝技術，獲得廣泛的應用和巨大的商業成功。除了噴墨打印外，噴印技術還能夠提供非接觸的多種液體的微分配，有著非常廣泛的應用，譬如：生物流體打印、制作液晶顯示用彩色濾光片、數字化制作PCB、藥物注射和燃料注入等等。它還有望為構建具有復雜功能的集成系統(如生物組織工程，大平面柔性平板器件等)提供一種自下而上、簡單有效的實施方案。在可預見的未來，高可靠性、低制作成本以及高性能(高圖形質量、高的頻率響應以及高空間分辨率)的微噴印系統將得到密切關注并在商業領域和其它特殊領域得到廣泛應用。

現有的噴印技術中，氣泡式噴印是基于微加熱器的一種簡易的噴印技術。微氣泡發生器是熱噴印系統的核心，目前大都采用基于傳統金屬材料的微加熱器，功耗較大。金屬碳納米管(CNT)是一種優良的微波導體，理論上單壁的碳納米管的導通頻率可達THz，有報道實際達到GHz。

產生噴印液體是噴印頭最主要的功能。噴印頭包括液體供給系統和噴射液體產生系統。液體供給系統保證按照一定壓力(靜壓)向噴印頭微腔室提供待噴印液體；而噴印液體產生系統實際上就是一種脈沖壓力產生系統，即按照一定的工作頻率(數字脈沖)在微腔室內產生一個脈沖壓力(動壓)，從而將待噴印液體從噴嘴擠壓出去，形成噴印液滴。

各種各樣的刺激源當中，熱氣泡噴印由于制作工藝簡單，是最具應用前景的方法之一，它具有非常高的空間分辨率(噴嘴的密度高于300dpi)，高頻率響應(大于10kHz)和低成本等優點。熱氣泡技術是利用制作在微腔室內的微型加熱器，通過電脈沖控制，加熱使液體溫度升高，從而使加熱器表面的液體氣化產生氣泡，用氣泡長大產生的壓力將液體從噴嘴擠壓出去而形成噴射液滴。熱氣泡噴印器件結構簡單，小型化容易，可以實現較高的噴嘴集成度，同時制作成本較低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于雙碳納米管微氣泡發生器的噴印頭，該噴印頭具有精度高、功耗低和集成度高的特點；本發明還提供了該噴印頭的制備方法。

本發明提供的一種基于雙碳納米管微氣泡發生器的噴印頭，其特征在于，該噴印頭包括襯底、蓋板、主通道、毛細通道和至少一個噴印單元；噴印單元由微腔室，第一、第二碳納米管微氣泡發生器和噴嘴組成；

微腔室和主通道均位于襯底的上部，微腔室與主通道之間通過毛細通道連接，蓋板的底部上設置有第一、第二碳納米管微氣泡發生器；

蓋板和襯底封裝為一體，且第一、第二碳納米管微氣泡發生器位于微腔室的頂部，噴嘴的上部與位于微腔室的底部，噴嘴的下部穿透襯底，且噴嘴的中心與第一、第二碳納米管微氣泡發生器的間隙相對；

當噴印單元的數量多于一個時，各噴印單元成陣列布置。

上述的噴印頭的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

第1步，在蓋板上制備第一、第二納米管微氣泡發生器，在襯底上制備微流體結構，微流體結構由所述微腔室、毛細通道、主通道和噴嘴構成；

第2步：按照下述過程將蓋板和襯底鍵合：

(2.1)在制備有第一、第二碳納米管微氣泡發生器的蓋板表面涂紫外膠；

(2.2)將蓋板固定在干凈透明的玻璃板上，作為光刻機對準的掩膜版；

(2.3)將蓋板和帶微流體結構的襯底間的圖形對準；

(2.4)對準后紫外燈曝光3～5分鐘；

(2.5)從玻璃板上取下已鍵合的蓋板和襯底。

本發明利用碳納米管良好的微波導電性構建基于雙碳納米管微氣泡發生器的噴印頭，噴印頭由雙碳納米管微氣泡發生器和微流體結構兩部分組成。碳納米管微氣泡發生器高集成密度、功耗低的特點保證了噴印頭結構具有高的空間分辨率、很高的頻率響應和很低的功耗。更為重要的是，它消除了次液滴問題，有效提高了噴印圖形的質量。本發明克服了一般噴印頭存在次液滴現象的缺點，并具有良好的高密度集成的潛力，在先進制造領域具有廣泛的應用前景。

碳納米管微氣泡發生器(Carbon?Nanotube?Micro-Bubble?Generator)用碳納米管(Carbon?Nanotube，CNT)作為基本加熱元件，利用金屬碳納米管在納米尺度上提供的高密度焦耳熱，通過控制加熱電流或電壓來控制產生氣泡的時間，氣泡尺寸可控制在微米量級。

本發明提供的工藝與半導體IC工藝兼容。

附圖說明

圖1為雙碳納米管微氣泡發生器噴印頭結構剖視示意圖。