[發明專利]一種基于靜電噴印制備陣列化圖案的裝置和方法

有效

• 申請號: 201210010675.5
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102529366A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 黃永安;尹周平;布寧斌;劉慧敏
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B41J2/01
• 分類號: B41J2/01;B41J3/407
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明涉及一種利用靜電紡絲技術制備的高精度陣列化圖案及其制備方法和裝置，屬于電子制造電噴印技術領域。

背景技術

噴印技術作為一種制造工藝工具，其應用可以追溯到上個世紀50年代西門子將其用于機器輸出軌跡的打點，更多的發展則發生在1960～1980期間，這使得現在噴印技術能在許多領域得到較為廣泛的應用，包括：圖像輸出與標記等。傳統的噴印技術主要采用連續噴印(CIJ)和按需噴印(DOD)兩種方法，兩種噴印技術都能夠產生直徑范圍在20-150微米的液滴：CIJ主要應用于編碼和標識，液滴直徑約為100微米；DOD則主要應用在圖像和文字打印上，液滴直徑更小，通常在20-50微米。由于傳統的噴印技術采用熱力或者壓力的方式產生噴射，使得其在液滴噴射的產生與噴射依賴與噴印頭的尺寸，而一般為噴印頭直徑的1.89倍，制造細小的噴印頭需要復雜的微制造工藝與材料，因此傳統噴印技術制造細小液滴基本無法實現。

與傳統的噴印技術相比，通過靜電場產生噴射的噴印技術(電流體動力噴印)能夠產生更細小的液滴與液絲，直徑可以達到納米級別。同時，電流體動力噴印技術可以噴印高分子有機物等多種材料，使得其應用范圍更加寬廣，如柔性電子制造，陶瓷元件制造，組織工程等。

然而，由于在噴射過程中液絲會產生“鞭動”等不穩定現象，使得這種技術只應用在了靜電紡絲上以獲得有特定性能的纖維，而難以用于有高定位精度要求的噴印圖案上。(參考文獻：Derby，B.(2010).″Inkjet?Printing?of?Functional?and?Structural?Materials：Fluid?Property?Requirements，Feature?Stability，and?Resolution.″Annual?Review?of?Materials?Research?40：395-414；Zhouping?YIN，Yongan?Huong，NingBin?BU，Xiaomei?WANG&Youlun?XIONG(2010).″Inkjet?printing?for?flexible?electronics：Materials，processes?and?equipments.″Chinese?Science?Bulletin?Vol.55No.3：1-25。)

綜上所述，現有的電流體動力噴印技術以下幾個缺點：(1)噴印打印定位精度較低；(2)連續噴印可控性差；(3)打印分辨率難以提高。

發明內容

本發明的目的之一在于，針對傳統電流體動力噴印技術的噴射不穩定和難以定位等缺陷，提出一種基于電流體動力噴印的陣列化圖案噴印裝置，突破傳統電流體噴印技術在液絲定位與噴印特定圖案上的限制，可高效高精度的制造陣列化圖案，其線寬分辨率可達到200nm，圖案定位精度可達到5μm。

為實現該該發明目的所采用的技術方案如下：

一種基于電流體動力噴印的陣列化圖案噴印裝置，包括金屬針頭，承印層，金屬基板，運動平臺和高壓發生器，其中，所述金屬針頭設置在承印層上方，該承印層設置在金屬基板上，該金屬針頭和金屬基板分別連接到高壓發生器正負端，從而在兩者之間形成電場，所述金屬基板可在運動平臺的驅動下作平面運動，從而帶動承印層運動，在電場作用下，噴印溶液通過金屬針頭流出并形成射流噴射到運動的承印層上，即可在該承印層上形成所需的噴印圖案。

作為本發明的改進，所述金屬針頭設置在一高度調節架上，其相對金屬基板的距離可通過該高度調節架進行調節。

作為本發明的改進，所述裝置還包括流量泵，注射器和導管，噴印溶液通過所述流量泵泵入注射器，并進而通過所述導管流入金屬針頭。

作為本發明的改進，所述的高壓發生器的正極接在金屬針頭上，負極接在金屬基板上。

作為本發明的改進，所述承印層可以為硅片或紙張。

作為本發明的改進，所述金屬針頭與金屬基板的間距即兩極距離，為5～30mm。

作為本發明的改進，所述流量泵所供給的溶液流量為10～1000nl/min。

作為本發明的改進，所述高壓發生器上施加的電壓為0.75～2.50kV。

本發明的目的之二在于提供一種利用上述裝置制備陣列化圖案的方法，具體包括如下步驟：

(1)制備噴印溶液。

采用高分子聚合物(如PEO，PVP等)，按照一定質量比(2％～6％)，配置成具有一定粘度的溶液，并在磁力攪拌器下邊加熱邊攪拌數小時，待充分溶解均勻后，冷卻后得到可噴印的溶液。將溶液充入導管和流量泵的注射器中。