[發(fā)明專利]一種納米顆粒氣溶膠噴印方法及裝置

有效

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• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113199776B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 舒霞云;常雪峰;劉波;王策;張曉城
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門理工學(xué)院
• 主分類號: B29C69/02
• 分類號: B29C69/02;B29C64/20;B29C64/209;B29C64/106;B29C67/04;B29C64/314;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/10;B29L31/34
• 代理公司: 泉州市潭思專利代理事務(wù)所(普通合伙) 35221
• 代理人: 麻艷

本發(fā)明公開了一種納米顆粒氣溶膠噴印方法，方法為：先對固相納米材料進(jìn)行振動與氣流的相互作用得到氣溶膠；再對固相納米材料進(jìn)行分選得到小粒徑固相納米材料氣溶膠；然后利用文丘里管將小粒徑固相納米材料氣溶膠送入氣溶膠噴頭；接著向小粒徑固相納米材料氣溶膠周圍通入聚焦鞘氣，使其收縮形成致密氣溶膠束；在噴嘴向致密氣溶膠束周圍通入保護(hù)鞘氣，抑制致密氣溶膠束離開噴嘴后的發(fā)散；噴射致密氣溶膠束的同時對襯底進(jìn)行預(yù)熱；為適應(yīng)上述方法，氣溶膠噴頭附近設(shè)有加熱裝置；本發(fā)明在氣溶膠噴射印刷時采用雙鞘氣保護(hù)提高氣溶膠穩(wěn)定性，同步激光燒結(jié)提高了噴印工藝的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子印刷領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于柔性電子印刷，實現(xiàn)噴印高精度微圖案或微結(jié)構(gòu)的納米顆粒氣溶膠噴印方法及裝置。

背景技術(shù)

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，其對生產(chǎn)工藝的精度要求越來越高，傳統(tǒng)微電子生產(chǎn)工藝是在潔凈室通過高真空蒸鍍及減材制造技術(shù)來完成的，這種工藝存在的缺陷表現(xiàn)為：蒸鍍設(shè)備及工藝成本高、運行費用昂貴、耗時耗材、排放成本高、且廢液易造成重金屬污染和化學(xué)污染。與傳統(tǒng)微電子生產(chǎn)工藝相比，印刷電子技術(shù)運用優(yōu)化的圖形印刷作為其增材制造工藝，使功能性材料在襯底上成形。印刷電子技術(shù)大大簡化了生產(chǎn)工藝，節(jié)省材料，而且近乎于零污染排放。同時，其還具有大面積、高產(chǎn)速、低成本量產(chǎn)等特點，其產(chǎn)品還具有柔性化、小型輕薄、大面積功能化分布及價格低廉等諸多優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于柔性電路及顯示器、電子封裝、生物醫(yī)學(xué)、能源科技、太空科學(xué)等領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的印刷電子技術(shù)有凹版印刷、絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、光刻及激光刻蝕等，然而，傳統(tǒng)印刷電子技術(shù)存在的一些弊端極大地限制了印刷電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。比如，圖形定位精度低及分辨率低（＞20μm），制作過程復(fù)雜且有毒，制造的成本較高，材料的利用率低等，為克服上述問題，近年來出現(xiàn)了一種新興的氣溶膠噴印技術(shù)，該氣溶膠噴印技術(shù)是一種非接觸、直寫式的數(shù)字增材制造技術(shù)，其印刷分辨率可達(dá)10?um級別，從一定程度上解決了印刷電子技術(shù)圖形精度低及分辨率低的問題。氣溶膠噴印技術(shù)主要優(yōu)勢在于印刷分辨率高；印刷精度高；適用的材料范圍廣；可以在1-5?mm范圍內(nèi)工作(即設(shè)備噴嘴出口與襯底表面之間的距離)，以此保證氣溶膠噴印技術(shù)能夠用于印刷復(fù)雜精細(xì)的結(jié)構(gòu)。

氣溶膠是指任何物質(zhì)的固體或液體微粒分散并懸浮于氣體介質(zhì)中形成的具有特定運動規(guī)律的分散體系。其中被懸浮的微粒物稱為分散相，大小為0.001～100μm，承載微粒物的氣體稱為分散介質(zhì)。目前傳統(tǒng)氣溶膠噴印技術(shù)的噴材多以油墨形式存在，即將分散相與有機(jī)溶劑混合后加入噴印設(shè)備，噴印設(shè)備將功能性材料油墨先霧化成小液滴，再通過聚焦噴頭噴射打印在襯底上，從而實現(xiàn)微型化數(shù)字增材制造。但由于使用了有機(jī)溶劑，現(xiàn)有氣溶膠噴印技術(shù)存在會造成環(huán)境污染，部分墨水的存儲條件較為苛刻，且還需要去除并回收溶劑和表面活化劑等問題。另一方面，為保證噴印精度，部分氣溶膠噴印裝置會采用可產(chǎn)生單鞘氣層的噴印結(jié)構(gòu)，由于技術(shù)常常應(yīng)用于高精度場合，故噴嘴出口直徑小于1mm以下甚至達(dá)到0.1mm以下，若噴嘴出口速度過大將導(dǎo)致出口壓力急劇減小，在噴嘴出口處形成較大回流，最終導(dǎo)致噴嘴堵塞甚至損壞。再者，針對固體粉末的傳統(tǒng)氣溶膠噴印技術(shù)往往會先采用固體顆粒氣溶膠進(jìn)行噴印，在噴印完成后，還需對噴印的圖案進(jìn)行熱還原和燒結(jié)處理，多流程處理使得噴印效率明顯降低，步驟的分離也影響到噴材的粘附強(qiáng)度。隨著噴印柔性電路、薄膜晶體管和超級電容器等電子器件的發(fā)展，其生產(chǎn)對氣溶膠噴印技術(shù)的需求越來越多，現(xiàn)有針對固體粉末，尤其針對一些金屬粉末的氣溶膠噴印技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種可提供密度穩(wěn)定的固相納米材料氣溶膠且不易導(dǎo)致噴嘴堵塞的納米顆粒氣溶膠噴印方法及噴印裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種納米顆粒氣溶膠噴印方法，其包括以下步驟：

步驟一，將振動臺作用于裝有固相納米材料的粉末氣溶膠發(fā)生器，發(fā)生振動的固相納米材料與通入粉末氣溶膠發(fā)生器的氣流相互作用形成向上流動的氣溶膠；