[發(fā)明專利]三維超材料陣列的大規(guī)模噴墨打印方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710127141.3
• 申請(qǐng)日: 2017-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106904002B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉陽(yáng);張彤;徐佳佳;蘇丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B41J2/175
• 分類號(hào): B41J2/175;B41J2/01;B41J29/393
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 李曉

1.一種三維超材料陣列的大規(guī)模噴墨打印方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1，配制適合噴墨打印的納米油墨；

步驟2，設(shè)計(jì)所需納米結(jié)構(gòu)陣列圖形，設(shè)置打印參數(shù)，并將步驟1得到的納米油墨灌裝進(jìn)對(duì)應(yīng)墨盒中；

步驟3，噴墨打印，注射泵產(chǎn)生氣壓，通過(guò)氣管給每組墨盒和噴嘴供氣；襯底接地，將經(jīng)過(guò)表面處理的襯底放置在位移臺(tái)上、正對(duì)噴頭下方；接通電源，噴嘴產(chǎn)生墨滴，沉積在襯底上；同時(shí)位移臺(tái)加熱，設(shè)置溫度低于所用納米材料的熔點(diǎn)，連續(xù)打印得到相應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)陣列；

步驟4，單個(gè)陣列單元打印結(jié)束后，移動(dòng)位移臺(tái)，噴嘴在襯底的其他位置繼續(xù)打印；如此重復(fù)，最終得到大規(guī)模的納米結(jié)構(gòu)陣列；

其中,所述噴嘴組成通用噴頭和專用噴頭，通用噴頭中的M×N個(gè)噴嘴呈矩陣排列，1≤M，N≤100；專用噴頭的噴嘴陣列形成所需的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

使用通用噴頭打印立體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖形陣列時(shí)，通用噴頭的每個(gè)噴嘴單獨(dú)控制噴墨，襯底不移動(dòng)，單個(gè)噴嘴重復(fù)在上一個(gè)墨點(diǎn)上打印得到單根立體納米線；納米線的直徑等于墨點(diǎn)尺寸，軟件程序設(shè)定對(duì)多個(gè)噴嘴加電壓，工作的噴嘴陣列共同形成特定圖形，打印得到所需的三維超材料陣列單元；

使用專用噴頭打印立體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖形陣列時(shí)，直接打印得到與之匹配的三維超材料陣列圖形單元；

移動(dòng)襯底，在襯底其他區(qū)域進(jìn)行打印，得到另一個(gè)單元；操作多次，得到大面積周期性結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維超材料陣列的大規(guī)模噴墨打印方法，其特征在于：用于打印立體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方式如下：

打印不同尺寸納米線：納米線的尺寸包括直徑和高度，通用噴頭的每個(gè)噴嘴獨(dú)立工作，通過(guò)調(diào)整打印參數(shù)，得到不同尺寸納米線；或?qū)Ｓ脟婎^一個(gè)圖形單元的噴嘴同時(shí)工作，該陣列單元中的每根納米線尺寸可控；

打印傾斜、彎曲、螺旋狀納米線陣列：噴墨打印時(shí)，沿x或y軸其中一個(gè)方向按固定速度移動(dòng)位移臺(tái)，得到傾斜一定角度的納米線，沿x軸正方向移動(dòng)，則納米線向x軸負(fù)方向傾斜；沿x軸負(fù)方向移動(dòng)，則納米線向x軸正方向傾斜；沿y軸正方向移動(dòng)，則納米線向y軸負(fù)方向傾斜；沿y軸負(fù)方向移動(dòng)，則納米線向y軸正方向傾斜；位移臺(tái)沿x或y軸正負(fù)方向循環(huán)移動(dòng)，得到彎曲納米線，沿x軸正負(fù)方向左右移動(dòng)位移臺(tái)，則納米線在xoz平面內(nèi)彎曲；沿y軸正負(fù)方向左右移動(dòng)位移臺(tái)，則納米線在yoz平面內(nèi)彎曲；位移臺(tái)沿x、y軸正負(fù)共四個(gè)方向間隔移動(dòng)，則得到螺旋狀納米線，位移臺(tái)分別沿x軸正方向、y軸正方向、x軸負(fù)方向、y軸負(fù)方向循環(huán)移動(dòng)，得到的納米線，俯視圖成逆時(shí)針螺旋向上；

打印異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米線陣列：裝有某種成分油墨的噴嘴打印一段時(shí)間，形成長(zhǎng)度L₁的納米線；移動(dòng)襯底，裝有另一種成分油墨的噴嘴在現(xiàn)有納米線上方繼續(xù)打印，形成長(zhǎng)度L₂的納米線，由此形成總長(zhǎng)度L＝L₁+L₂的納米線；多個(gè)噴嘴同時(shí)工作，形成異質(zhì)結(jié)納米線陣列單元；

打印不同材料組成的陣列單元：每個(gè)噴嘴均有獨(dú)立供墨墨盒，在不同墨盒中灌裝不同成分油墨，同時(shí)控制每個(gè)噴嘴工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)陣列單元中納米結(jié)構(gòu)的材料、尺寸參數(shù)的多樣化，達(dá)到更多功能；

打印超細(xì)立體金屬納米線陣列：打印立體納米線陣列；打印結(jié)束后對(duì)樣品進(jìn)行兩輪后處理，焊接金屬納米顆粒并去除聚合物基材，處理后的納米線尺寸更小；用這種方法制備最小單元尺寸在10nm-100nm的納米點(diǎn)陣、納米線陣、三維復(fù)雜納米陣列；

打印功能圖案：?jiǎn)未未蛴〉玫接赡c(diǎn)組成的圖形；墨點(diǎn)材料作為催化劑，在帶有墨點(diǎn)陣列的襯底上繼續(xù)用化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行外延生長(zhǎng)，得到納米結(jié)構(gòu)陣列。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維超材料陣列的大規(guī)模噴墨打印方法，其特征在于：噴墨打印得到的納米線直徑最小即為墨點(diǎn)尺寸，為100nm-100μm；噴嘴間距d，1mm≤d≤100mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維超材料陣列的大規(guī)模噴墨打印方法，其特征在于：其特征在于：所述油墨的材料為金納米顆粒、銀納米顆粒、銅納米顆粒、鋁納米顆粒、鉑納米顆粒、石墨烯、硫化鉬、碳納米管、半導(dǎo)體納米顆粒或量子點(diǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維超材料陣列的大規(guī)模噴墨打印方法，其特征在于：所述襯底為金屬板、硅片、藍(lán)寶石玻璃片、石英玻璃片、紙張、PET或PEN。