[實用新型]基于石墨烯?碳納米管復合結構的熱噴印頭

有效

• 申請號: 201720321370.4
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN206664000U
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 周文利;朱宇;陳昌盛;向耘宏;蔣履輝;喻研;王耘波;高俊雄
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B41J2/16
• 分類號: B41J2/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 李智,曹葆青

技術領域

本實用新型屬于微機電系統熱噴印技術領域，更具體地，涉及一種基于石墨烯-碳納米管復合結構的熱噴印頭。

背景技術

噴印成像技術已經成為大幅面數字噴繪、數字照片打印、數字印刷、數字彩色打樣以及家庭和辦公室彩色輸出系統首選的彩色硬拷貝技術，獲得廣泛的應用和巨大的商業成功。除了噴墨打印外，噴印技術還能夠提供非接觸的多種液體的微分配，有著非常廣泛的應用，譬如：生物流體打印、制作液晶顯示用彩色濾光片、數字化制作PCB、藥物注射和燃料注入等等。它還有望為構建具有復雜功能的集成系統(如生物組織工程，大平面柔性平板器件等)提供一種自下而上、簡單有效的實施方案。在可預見的未來，高可靠性、低制作成本以及高性能(高圖形質量、高的頻率響應以及高空間分辨率)的微噴印系統將得到密切關注并在商業領域和其它特殊領域得到廣泛應用。

現有的噴印技術中，氣泡式噴印是基于微加熱器的一種簡易的噴印技術。微氣泡發生器是熱噴印系統的核心，目前大都采用基于傳統金屬材料的微加熱器，功耗較大。金屬碳納米管(CNT)是一種優良的微波導體，理論上單壁的碳納米管的導通頻率可達THz，有報道實際達到GHz。

產生噴印液體是噴印頭最主要的功能。噴印頭包括液體供給系統和噴射液體產生系統。液體供給系統保證按照一定壓力(靜壓)向噴印頭微腔室提供待噴印液體；而噴印液體產生系統實際上就是一種脈沖壓力產生系統，即按照一定的工作頻率(數字脈沖)在微腔室內產生一個脈沖壓力(動壓)，從而將待噴印液體從噴嘴擠壓出去，形成噴印液滴。

各種各樣的驅動源中，熱氣泡噴印由于制作工藝簡單，是最具應用前景的方法之一，它具有非常高的空間分辨率，高頻率響應和低成本等優點。熱氣泡技術是利用制作在微腔室內的微型加熱器，通過電脈沖控制，加熱使液體溫度升高，從而使加熱器表面的液體氣化產生氣泡，用氣泡長大產生的壓力將液體從噴嘴擠壓出去而形成噴射液滴。熱氣泡噴印器件結構簡單，小型化容易，可以實現較高的噴嘴集成度，同時制作成本較低。

專利ZL201010160465.5《基于雙碳納米管微氣泡發生器的噴印頭及其制備方法》公開了基于雙碳納米管微氣泡發生器的噴印頭及其制備方法。該方案有以下不足：

(1)碳納米管微氣泡發生器采用金屬電極，二者之間存在肖特基勢壘，接觸電阻較大。

(2)微流體結構采用濕法腐蝕和干法刻蝕相結合的方法，不易控制加工精度。

(3)進墨通道與噴印單元的腔室深度相同，在氣泡閥關閉進液是存在關閉不牢的問題。

(4)雙微氣泡發生器和微流體結構采用紫外固化鍵合方法，鍵合強度受到限制；而且紫外固化膠的涂覆容易污染噴印腔室。

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型旨在提供一種進液關閉可靠、鍵合強度高、不易污染噴印腔室、易于加工的熱印噴頭。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種基于石墨烯-碳納米管復合結構的熱噴印頭，包括：玻璃基底、硅片襯底、主通道、進墨通道、噴墨腔室、噴嘴、噴墨通道、碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發生器陣列、碳納米管溫度傳感器陣列；主通道、進墨通道、噴墨腔室均為開設在硅片襯底上表面的腔體，主通道和噴墨腔室通過進墨通道連通，且進墨通道深度小于噴墨腔室深度；噴墨通道為設置在硅片襯底下表面的腔體，噴墨通道位于噴墨腔室背面；噴嘴設置在噴墨腔室底部，連接噴墨腔室和噴墨通道；碳納米管-石墨烯復合結構微氣泡發生器陣列和碳納米管溫度傳感器陣列制備在玻璃基底對應噴墨腔室的區域，且朝向噴墨腔室設置；玻璃基底和硅片襯底無縫鍵合在一起。

進一步地，單個石墨烯-碳納米管復合結構微氣泡發生器包括：設置在玻璃基底表面的一對第一石墨烯電極；連接一對第一石墨烯電極的第一碳納米管；將第一碳納米管兩端固定在一對第一石墨烯電極和玻璃基底上的一對第一SiO₂掩膜層。

進一步地，單個碳納米管溫度傳感器包括：設置在玻璃基底表面的一對金屬電極或一對第二石墨烯電極；連接一對金屬電極或一對第二石墨烯電極的第二碳納米管；將第二碳納米管兩端固定在一對金屬電極和玻璃基底上，或一對第二石墨烯電極和玻璃基底上的一對第二SiO₂掩膜層。

進一步地，玻璃基底和硅片襯底無縫鍵合的中間層為石墨烯碎片。

與現有技術相比，本實用新型所具有的優點與效果如下：