[發明專利]一種毛細力驅動的紙基納米材料的印刷裝置及印刷方法

在審

• 申請號: 201910447254.0
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110142962A
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 胡波;宜浪浪;魏璐捷;趙磊;唐初;施紅雁
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/379;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了一種毛細力驅動的紙基納米材料的印刷裝置及印刷方法；該裝置的3D打印印章中設置有若干個毛細通道，毛細通道內裝載有納米材料水溶液，通過將毛細通道的底端和紙張接觸，使得在紙張上沉積出目標的印刷圖案；當墨水與紙張接觸時，紙張中的纖維素纖維誘導這些纖維產生毛細力，使納米材料水溶液迅速擴散到紙張中紙纖維的3D多孔空間內，且由于溶質納米材料的尺寸與濾紙孔徑相近，使其主要沉積在紙張的孔隙里，完成紙基納米材料的印刷；本發明利用了紙張的毛細力和3D打印印章的毛細力，無需動力，使得納米材料水溶液沉積在紙基上，完成圖案的印刷印刷；本發明將納米材料的水溶液作為墨水，墨水組成簡單，可印刷的納米材料種類豐富，適用范圍更廣。

【技術領域】

本發明屬于納米材料印刷領域，具體涉及一種毛細力驅動的紙基納米材料的印刷裝置及印刷方法。

【背景技術】

現在，納米材料印刷在生物醫學工程，生物分析和柔性電子等領域蓬勃發展。各種納米材料已被應用于印刷技術，可印刷的納米材料包括納米管，納米線，納米片(如氧化石墨烯)和納米粒子(如水凝膠)，印刷技術包括噴墨，絲網，凹版印刷，柔版和膠版印刷。文獻報道揭示，在這些納米材料印刷方法中，昂貴而精密的儀器，復雜的工藝和專門配制的油墨正在成為限制其發展主要因素。特別是，為了使這些印刷方法適應具體的應用場景，納米材料必須與復合添加劑嚴格按照特定的配比，才能配制出可印刷的墨水。這種情況極大限制了納米材料印刷方法的一般適用性。因此，開發簡單，低成本且普遍適用的納米材料印刷方法仍然是緊迫和具有挑戰性的。

此外，面向可穿戴和便攜式設備的應用需要，用于納米材料印刷的傳統基材，包括金屬箔，玻璃和半導體，已經逐漸顯示出其固有的缺點，例如質量重和硬度大。相反，紙張作為一種新型的納米材料印刷基材，具有柔韌性好，質量輕和廉價等優點，越來越大地激發了科學家和技術人員的興趣。紙張主要由具有三維多孔結構的纖維素纖維隨機交叉連接而制成的，同時顯示出固定納米材料和去除溶劑的潛力。實際上，這個過程是由纖維素的親水性和多孔性引起的毛細管力所驅動的，這使得紙張成為一種天然動力源。更重要的是，這一過程適用于任何水溶液。這意味著不同種類的分散在水中的納米材料都存在這樣的過程。然而，將紙基材的這種毛細屬性應用于納米材料印刷中的研究卻沒有。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種毛細力驅動的紙基納米材料的印刷裝置及印刷方法；該裝置和方法利用了紙張的毛細力和3D打印印章的毛細力，無需動力；將納米材料的水溶液作為墨水，墨水組成簡單，可印刷的納米材料種類豐富，適用范圍更廣。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種毛細力驅動的紙基納米材料的印刷裝置，包括3D打印印章和紙張，3D打印印章沿其豎向的軸線方向設置有若干個毛細通道，毛細通道的下端和紙張接觸，毛細通道內裝載有納米材料水溶液。

本發明的進一步改進在于：

優選的，所述3D打印印章包括支撐臺和印章；印章設置在支撐臺的中心，二者通過連接板固定連接；印章、支撐臺和連接板同軸且三者的下端面平齊，連接板的上端面低于印章的上端面和支撐臺的上端面；毛細通道設置在印章內。

優選的，印章、支撐臺和連接板組成凹槽，凹槽內放置有磁鐵；紙張放置在鐵板上。

優選的，印章包括同軸的內圈印章和外圈印章，內圈印章固定設置在外圈印章的內部，毛細通道設置在內圈印章內，毛細通道的下表面凸出內圈印章的下表面，外圈印章和連接板及支撐臺組成凹槽。

優選的，支撐臺的下表面上固定設置有若干個支撐架。

優選的，通過將3D打印印章放置在容器內，在毛細通道內裝載納米材料水溶液，容器內承載有納米材料水溶液。

一種基于上述印刷裝置的毛細力驅動的紙基納米材料的印刷方法，包括以下步驟：