[發(fā)明專利]一種同軸聚焦電射流打印方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510412361.1
• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號: CN105058786B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王大志;查文;李學(xué)木;梁軍生;馮立;任同群;王曉東;孟慶博;劉沖
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B33Y10/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種同軸聚焦電射流打印方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)基于壓電、熱泡等噴墨打印方法，分辨率嚴(yán)重依賴噴孔尺寸，分辨率約為噴針內(nèi)徑的兩倍，目前噴針內(nèi)徑為10～50微米，其打印特征尺寸將大于20微米，因此難以實現(xiàn)微米以下分辨率的打印制造。近年來，基于電流體動力效應(yīng)的電射流打印技術(shù)成為高分辨率打印制造的熱點。電射流打印是流體在電場力、機械力、流體表面張力等綜合作用下，在噴針出口處形成遠小于噴針內(nèi)徑的穩(wěn)定精細(xì)射流，利用此射流進行高分辨率打印制造。與傳統(tǒng)基于壓電或熱氣泡式原理的噴墨打印過程相比，電射流打印具有打印分辨率高、墨水及襯底適應(yīng)性廣等優(yōu)點。

美國專利I.A.Aksay et al.,Electrohydrodynamic printing and manufacturing,2009/0233057 A1，US中，采用單噴針和單錐-射流模式，打印微米級分辨率圖。美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校Roger的文章：J.A.Roger et al.,Nanoscale Patterns of Oligonucleotides Formed by Electrohydrodynamic Jet Printing with Applications in Biosensing and Nanomaterials Assembly,Nano Lett.,8(2008),4210-4216，通過降低噴針-襯底間距來增強軸向電場力對射流的聚焦作用，打印出微米尺度的蛋白質(zhì)圖案、皮克級聚乙烯液滴、氧化銦鋅場效應(yīng)管微器件、亞微米級嵌段共聚物薄膜圖案和DNA點陣圖案。韓國順天鄉(xiāng)大學(xué)K.Choi et al.,Fine resolution drop-on-demand electrohydrodynamic patterning of conductive silver tracks on glass substrate,Appl.Phys.A-Mater.Sci.Process.,111(2013),593-600.文章中采用金屬Ag墨水，打印微米金屬Ag導(dǎo)電電路。但是，以上電射流打印都是基于單錐-射流模式進行打印制造。在單錐-射流模式下，施加于射流的電場切向力有限，導(dǎo)致射流尺寸受限，其打印分辨局限于微米尺度，打印分辨率難以進一步提高。此外，現(xiàn)有基于單錐-射流打印技術(shù)通過不斷降低噴針內(nèi)徑，來提高打印分辨率，這將導(dǎo)致對墨水適應(yīng)性差，例如高粘度、高濃度的墨水將引起噴針堵塞。而且，在這種模式下打印，射流容易受到周圍溫度、濕度、振動等微環(huán)境干擾，導(dǎo)致射流不穩(wěn)定，進而影響打印的精度和控制性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，發(fā)明了一種同軸聚焦電射流打印方法，利用電射流打印是流體在電場力、機械力、流體表面張力等綜合作用下，在噴針出口處形成遠小于噴針內(nèi)徑的穩(wěn)定精細(xì)射流。電場力同時作用于同軸內(nèi)外層液體，外層液體錐-射流形變產(chǎn)生的粘滯力與內(nèi)層液體的電場切向力疊加，共同作用于內(nèi)層液體，可以提高內(nèi)層液體射流形變的切向力，降低射流尺寸，免受外部微環(huán)境的干擾影響，進而提高打印分辨率和控制性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種同軸聚焦電射流打印的方法，其特征是：該方法在同軸聚焦電射流打印過程中，同軸聚焦電射流打印噴頭1中裝有兩種液體，一種為所需成型材料稱為內(nèi)層功能液體7，另一種為輔助材料稱為外層液體8，外層液體與內(nèi)層功能液體不相溶；并且，外層液體的粘度大于內(nèi)層功能液體的粘度；同軸聚焦電射流打印噴頭1在打印中形成雙層液體的同軸聚焦射流，在襯底上打印雙層結(jié)構(gòu)，最后，去除外層打印材料，獲得內(nèi)層功能結(jié)構(gòu)；方法的具體步驟如下：

1)同軸聚焦電射流打印系統(tǒng)安裝

首先，將計算機16分別與顯微鏡17和XY運動平臺基板12相連，XY運動平臺基板12通過接地極板19接地；第一微量注射泵13通過硅橡膠管18連接到同軸聚焦電射流打印噴頭1的上端進口，第二微量注射泵14通過硅橡膠管連接到同軸聚焦電射流打印噴頭1的左側(cè)進口，高壓電源15與同軸聚焦電射流打印噴頭1左下端相連；

2)同軸聚焦電射流的實現(xiàn)

在同軸聚焦電射流打印前，首先選擇內(nèi)層功能液體7和外層液體8，選擇好后，通過第一微量注射泵13和第二微量注射泵14分別將內(nèi)層功能液體7和外層液體8注入到同軸聚焦電射流打印噴頭1中；對內(nèi)層功能液體和外層液體施加不同的高壓電場,調(diào)節(jié)內(nèi)層功能液體和外層液體的流量、電壓；在X-Y運動平臺基板12上放置襯底11，調(diào)節(jié)噴針與襯底的間距，即工作高度；

3)同軸聚焦電射流打印雙層結(jié)構(gòu)