[發(fā)明專利]一種適用于直寫打印的高固含量BMN懸浮液墨水及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107098700B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈杰;趙俊成;周靜;陳文
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮;徐曉琴

本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種適用于直寫打印的高固含量BMN懸浮液墨水及其制備方法。所述BMN懸浮液墨水是由BMN前驅(qū)體液、聚合物添加劑和BMN陶瓷粉體組成。本發(fā)明將BMN體系應(yīng)用在直寫打印墨水領(lǐng)域，以BMN前驅(qū)體溶液為基體，添加高固含量的BMN陶瓷粉體和聚合物添加劑，前驅(qū)體溶液燒結(jié)后的產(chǎn)物與BMN陶瓷粉體同質(zhì)，在膜成型過程中易通過熱處理實現(xiàn)傳質(zhì)，能顯著提高打印膜的致密度；聚合物的添加有利于提高BMN懸浮液墨水體系的分散度和流變性能。采用本發(fā)明所述BMN懸浮液墨水直寫打印制備的膜能夠極大的適應(yīng)于諧振器、濾波器等在無線衛(wèi)星通訊和軍事雷達領(lǐng)域的重要應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種適用于直寫打印的高固含量BMN懸浮液墨水及其制備方法。

背景技術(shù)

在過去三十多年的研究里，復(fù)合鈣鈦礦Ba(B′_1/3B″_2/3)O₃(B′＝Zn,Mg,Ni,Co等；B″＝Ta和Nb)體系由于具有其他體系無可比擬的優(yōu)異性能，是研究的最廣泛的一類低損微波介電陶瓷，其中鉭鎂酸鋇Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃(BMT)、鉭鋅酸鋇Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃(BZT)、鈮鎂酸鋇Ba(Mg_1/3Nb_2/3)O₃(BMN)和鈮鋅酸鋇Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃(BZN)一直是研究的熱點，取得了最廣泛的研究，并且被商業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用到無線通訊設(shè)備中。

鋇基復(fù)合鈣鈦礦Ba(Mg_l/3Nb_2/3)O₃型材料具有適中的介電常數(shù)(ε)、超低的介電損耗(tanδ)和近零的諧振頻率溫度系數(shù)，作為諧振器和濾波器在無線、衛(wèi)星通訊和軍事雷達等領(lǐng)域具有重要作用，而為了滿足電子設(shè)備、功能器件的小型化和集成化的要求，材料膜化就顯得尤為重要，這是材料的一種發(fā)展趨勢。對于膜介電器件而言，其介質(zhì)層膜一般被設(shè)計成一定圖案以實現(xiàn)特定功能，而采用液相選圖法或者化學(xué)/物理沉積法制備的膜，必須通過掩膜才能實現(xiàn)圖案化，對精度和工藝性提出了很高要求。

直寫成型作為快速成型技術(shù)中的一種，由美國Sandia國家實驗室CESARANO等首次提出，該技術(shù)借助計算機輔助設(shè)計預(yù)先結(jié)構(gòu)圖案，通過控制懸浮液的流變性能將漿料從噴嘴輸出，可制備各種形狀復(fù)雜的精細三維周期結(jié)構(gòu)，已廣泛應(yīng)用于先進陶瓷材料、傳感器、仿生材料以及壓電材料等。與其他快速成型方法相比，直寫成型技術(shù)具有顯著優(yōu)勢：1)成型過程無需模具，生產(chǎn)周期短、效率高、成本低；2)可根據(jù)需求便捷的改變樣品的形狀和尺寸，生產(chǎn)靈活，控制精確；3)原材料種類多樣化，有無機非金屬、金屬和有機聚合物等；4)可制備生物、光學(xué)、電子等領(lǐng)域的功能材料，甚至活體細胞。在過去的幾十年里，快速成型技術(shù)得到了快速的發(fā)展，該技術(shù)借助計算機輔助設(shè)計和精密機械等現(xiàn)代手段，快速而有效的將設(shè)計的模型物化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的三維結(jié)構(gòu)部件，典型的例子有光固化成型、選擇性激光燒結(jié)成型以及分層實體成型等，但存在精度低、后續(xù)處理復(fù)雜、成型強度低等缺點，不適合制備小型精細件。近年來，基于快速成型的直寫成型技術(shù)(Direct ink writing,DIW)由于其可制備具有較大高寬比和含有跨度特征的復(fù)雜精細的三維周期結(jié)構(gòu)而引起研究者的廣泛關(guān)注。

目前對于直寫打印用墨水的研究現(xiàn)狀，主要包括兩種類型：

(1)前驅(qū)體液：使用有機硅樹脂預(yù)陶瓷聚合物獲得SiOC的前驅(qū)體液溶解在有機溶劑中來實現(xiàn)直寫打印SiOC膜，但在這種方法中使用含Si有機高聚物為前驅(qū)體，溶解于有機溶液中制備墨水，最終燒結(jié)得到SiOC膜，而現(xiàn)在普通的氧化物陶瓷沒有類似高組分含量的前驅(qū)體液，因此該方法的普適性較差，且墨水有效組分濃度低，故該方法的適用性范圍較窄；