[發明專利]一種片狀等離子體驅動的陣列化電流體噴印裝置及方法

在審

• 申請號: 202310176583.2
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116198221A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 葉冬;蔣宇;曾明濤;黃永安;尹周平
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B41J2/01
• 分類號: B41J2/01;B41J2/14;B41J2/06;B41J3/407
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡佳蕾

本發明屬于噴墨打印技術領域，并具體公開了一種片狀等離子體驅動的陣列化電流體噴印裝置及方法。該噴印裝置包括陣列化噴印頭、片狀等離子體噴頭。陣列化噴印頭由多個供墨噴嘴組成，供墨噴嘴上端與供墨單元連接，供墨噴嘴通過開關控制接地；片狀等離子體噴頭產生片狀等離子體射流作用于陣列化噴印頭正下方的待打印的絕緣基板；等離子體射流在絕緣基板表面形成正電勢，使得待打印的絕緣材料基板與供墨噴嘴間形成梯度電場，引導供墨噴嘴發生泰勒錐噴射，使高分辨率墨液沉積在絕緣材料基板上。本發明不僅克服了傳統陣列化電流體噴印電極串擾的問題，實現陣列電噴印頭獨立可控，而且克服了傳統電流體噴印在面對絕緣基板時打印精度較低的缺陷。

技術領域

本發明屬于噴墨打印技術領域，更具體地，涉及一種片狀等離子體驅動的陣列化電流體噴印裝置及方法。

背景技術

印刷電子是基于印刷/噴印原理的新型電子技術，具有低成本、綠色環保、可大面積生產、兼容柔性基底等優點，在顯示、能源、醫療、傳感、信息、國防等領域具有廣泛的應用前景，如新型顯示、柔性傳感器、新型存儲/成像/波段器件、薄膜太陽能電池等。高性能的印刷電子器件需要在任意材質的基底上通過印刷的方式制造出高分辨率和高集成度的薄膜晶體管陣列、大面積傳感器以及分布式互聯導線，這對印刷技術的制造分辨率和效率提出了較高要求。

電流體噴印技術是一種新興的噴墨打印技術，不同于傳統噴墨打印“推”出液滴，而是采用電場驅動以“拉”的方式將噴嘴中的墨液沉積到基板獲得圖案，實現了高精度高分辨率的噴墨打印，又能夠兼容高黏度墨液，在印刷電子制造方面極具優勢。陣列化電流體噴印采用多個的電流體噴頭，大大提高了噴墨打印效率，對于大面積結構件表面高分辨率高效率噴印有著重要的意義。

但是，目前陣列化電流體噴印技術在面對絕緣材料基板時仍存在眾多缺陷。例如：(1)電流體噴印在面對較厚的或者曲面的絕緣材料基板時，難以在基板上接電極，基板與噴嘴之間無法形成穩定電場導致墨液噴射不穩定，影響打印質量；(2)帶有電荷的墨液沉積在絕緣材料基板上時，絕緣材料基板電荷積累導致排斥力會影響后續打印，降低打印精度；(3)傳統陣列化電噴印各個噴嘴之間的電場會發生相互串擾，導致陣列化電噴印獨立可控性差，影響打印精度和可控性。對于許多領域如太陽能面板、超材料、曲面電子、飛行器蒙皮等，基板通常是非平面的大面積絕緣材質。因此，亟待提出一種新的陣列化電流體噴印方法，以實現大面積絕緣材料基板表面高精度、高分辨率、高效率的功能電子制造。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種片狀等離子體驅動的陣列化電流體噴印裝置及方法。其中陣列化電噴印頭通過設置陣列化噴印頭和片狀等離子體噴頭，能夠利用等離子體射流在絕緣材料基板局域沉積電荷，引導功能墨液準確沉積在絕緣材料基板的需要打印的位置，并且陣列化電噴印噴頭提高了電流體動力噴印的打印效率，從而能夠實現在太陽能面板、超材料表面等絕緣材料基板表面進行高精度、高分辨率、高效率的電流體動力噴墨打印。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種片狀等離子體驅動的陣列化電流體噴印裝置，包括：陣列化噴印頭和片狀等離子體噴頭；

所述陣列化噴印頭包括多個供墨噴嘴，每個供墨噴嘴上端與供墨單元連接，且內部設置有接地電極，所述接地電極通過開關控制接地；

所述片狀等離子體噴頭包括等離子體噴頭主體和電極片，所述等離子體噴頭主體上端設置有進氣口以通入工作氣體，中間設有狹長的通孔作為氣流通路，內壁面放置一圈所述電極片；所述電極片與高壓電源連接，通過放電使得所述工作氣體電離形成等離子體，等離子體在氣流的吹動下沿著所述片狀等離子體噴頭內部的通路向外噴出形成片狀等離子體射流；所述片狀等離子體射流作用于所述陣列化噴印頭正下方的待打印的絕緣材料基板使其帶上正電荷，所述待打印的絕緣材料基板與接地的所述供墨噴嘴間形成電場，在電場的作用下墨液內部的負電荷被誘導而聚集在氣液交界面上，當電荷量突破瑞利極限時，墨液形成泰勒錐產生射流，墨液沉積到所述待打印的絕緣材料基板，以此完成噴墨打印。