[發明專利]一種近場靜電噴印頭

有效

• 申請號: 201110326279.9
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102501598A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 吳德志;胡興旺;黃翔宇;鄭高峰;王凌云;劉益芳;孫道恒
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B41J2/01
• 分類號: B41J2/01
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種靜電噴印頭，尤其是涉及一種基于電液動力學可實現低壓驅動、高精度噴印的近場靜電噴印頭。

背景技術

微納米圖案化結構、器件制造及其應用已成為國際微納米領域的研究熱點。傳統MEMS硅基制造工藝(如沉積、光刻和刻蝕等)由于其高昂的制造成本和對環境的苛刻要求，很難滿足基于微納米圖案化結構產品的低成本和大尺寸(～米)制造要求，大大制約了微納米圖案化產品的應用范圍，譬如，作為未來我國新興產業的柔性電子要求低成本、大尺寸和柔性基底，而MEMS工藝卻無法應用于柔性電子。

目前，面向柔性電子低成本制造技術主要為接觸印刷和噴印等。接觸印刷屬于并行添加工藝，需要制作模版、線寬大、精度較低、易破壞已有功能結構。接觸印刷中的納米壓印可以形成亞微米甚至納米圖案，但在實現大面積圖案化制造時存在著圖案的非均勻性和加工的非連續性等系列問題。現有噴印技術應用于柔性電子批量化制造時，普遍存在加工精度、一致性、重復性低等問題，如傳統熱、壓電、靜電噴印技術噴印最小液滴體積約10pl、最小線寬50μm、定位誤差20μm，僅能滿足一般文字、圖形和圖像的噴印要求。

基于電液動力學的近場電紡技術，Sun?Daoheng等(Sun?Daoheng，Chang?Chieh，Li?Sha，et?al.Near-field?Electrospinning.Nano?Lett.2006，6(4)：839-842)利用射流的初期穩態階段成功地“寫”出納米纖維。利用這種新型的噴印技術，科研人員已經成功在柔性塑料基底上制備PVDF納米發電機實現從機械能到電能的轉化(Chieh?Chang，Van?H.Tran，Junbo?Wang，Yiin-Kuen?Fuh?and?Liwei?Lin.Direct-Write?Piezoelectric?Polymeric?Nanogenerator?with?High?Energy?Conversion?Efficiency.Nano?Lett.2010，10：726-731)。該技術在常溫常壓和非潔凈環境下在多種基底上都可實現微納米結構的快速沉積，可滿足柔性電子器件的大批量連續生產要求，并可實現有機電子與生物器件的集成。

然而，該技術依然存在由于高驅動電壓而導致結構定位精度較低、高噴印速度所要求運動平臺具有很高的匹配速度和加速度以及射流沉積無法快速有效啟動(大約2s)和停止導致定位和結構尺寸精度較低等問題。有鑒于此，發明了一種近場靜電噴印頭。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的近場靜電紡絲技術中存在的高驅動電壓、較低定位精度、高平臺運動速度/加速度和沉積無法快速啟動/停止等缺點，提供一種低壓驅動、可精確噴印微納米圖案結構的近場靜電噴印頭。

本發明設有激光發生器、計算機、電磁閥、導氣管、封頭、噴管、導電探針和氣管；所述激光發生器產生激光束，計算機與電磁閥和激光發生器連接，計算機用于控制電磁閥和激光發生器的啟停，電磁閥用于控制高壓氣體的流動；所述噴管用于置放溶液，所述噴管上端帶有外螺紋，所述噴管下端為噴嘴；所述封頭通過內螺紋與噴管上端的外螺紋螺接；所述氣管位于噴管內部并固定在封頭上，所述氣管一端通過導氣管與電磁閥的輸出端連接，所述氣管另一端為漸縮結構的出氣口，所述出氣口與噴管的噴嘴在同一軸線上，高壓氣體通過出氣口從噴嘴的液體內部噴出，用于帶動射流形成；所述導電探針一端固定在封頭上并與直流電壓源正極相連接，所述導電探針另一端伸出噴嘴端部，用于提高射流的定位精度，同時進一步降低噴射電壓閾值。

所述噴管可為絕緣空心圓管。

所述導電探針另一端伸出噴嘴端部的距離最好小于2mm。

所述導電探針可采用實心導電探針，實心導電探針與氣管、噴管共軸線。

所述噴管下端的噴嘴的直徑最好小于1mm。

所述氣管可為空心圓管，

所述出氣口內部直徑可小于100μm。

所述導電探針直徑最好小于出氣口內部直徑。

所述激光發生器與噴管的噴嘴位置相對固定，激光光路通過射流的沉積位置。

所述高壓氣體的壓強不小于2×10⁵Pa。