[发明专利]基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微机电系统技术领域，具体涉及一种基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法。

技术背景

喷印成像技术已经成为大幅面数字喷绘、数字照片打印、数字印刷、数字彩色打样以及家庭和办公室彩色输出系统首选的彩色硬拷贝技术，获得广泛的应用和巨大的商业成功。除了喷墨打印外，喷印技术还能够提供非接触的多种液体的微分配，有着非常广泛的应用，譬如：生物流体打印、制作液晶显示用彩色滤光片、数字化制作PCB、药物注射和燃料注入等等。它还有望为构建具有复杂功能的集成系统(如生物组织工程，大平面柔性平板器件等)提供一种自下而上、简单有效的实施方案。在可预见的未来，高可靠性、低制作成本以及高性能(高图形质量、高的频率响应以及高空间分辨率)的微喷印系统将得到密切关注并在商业领域和其它特殊领域得到广泛应用。

现有的喷印技术中，气泡式喷印是基于微加热器的一种简易的喷印技术。微气泡发生器是热喷印系统的核心，目前大都采用基于传统金属材料的微加热器，功耗较大。金属碳纳米管(CNT)是一种优良的微波导体，理论上单壁的碳纳米管的导通频率可达THz，有报道实际达到GHz。

产生喷印液体是喷印头最主要的功能。喷印头包括液体供给系统和喷射液体产生系统。液体供给系统保证按照一定压力(静压)向喷印头微腔室提供待喷印液体；而喷印液体产生系统实际上就是一种脉冲压力产生系统，即按照一定的工作频率(数字脉冲)在微腔室内产生一个脉冲压力(动压)，从而将待喷印液体从喷嘴挤压出去，形成喷印液滴。

各种各样的刺激源当中，热气泡喷印由于制作工艺简单，是最具应用前景的方法之一，它具有非常高的空间分辨率(喷嘴的密度高于300dpi)，高频率响应(大于10kHz)和低成本等优点。热气泡技术是利用制作在微腔室内的微型加热器，通过电脉冲控制，加热使液体温度升高，从而使加热器表面的液体气化产生气泡，用气泡长大产生的压力将液体从喷嘴挤压出去而形成喷射液滴。热气泡喷印器件结构简单，小型化容易，可以实现较高的喷嘴集成度，同时制作成本较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头，该喷印头具有精度高、功耗低和集成度高的特点；本发明还提供了该喷印头的制备方法。

本发明提供的一种基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头，其特征在于，该喷印头包括衬底、盖板、主通道、毛细通道和至少一个喷印单元；喷印单元由微腔室，第一、第二碳纳米管微气泡发生器和喷嘴组成；

微腔室和主通道均位于衬底的上部，微腔室与主通道之间通过毛细通道连接，盖板的底部上设置有第一、第二碳纳米管微气泡发生器；

盖板和衬底封装为一体，且第一、第二碳纳米管微气泡发生器位于微腔室的顶部，喷嘴的上部与位于微腔室的底部，喷嘴的下部穿透衬底，且喷嘴的中心与第一、第二碳纳米管微气泡发生器的间隙相对；

当喷印单元的数量多于一个时，各喷印单元成阵列布置。

上述的喷印头的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步，在盖板上制备第一、第二纳米管微气泡发生器，在衬底上制备微流体结构，微流体结构由所述微腔室、毛细通道、主通道和喷嘴构成；

第2步：按照下述过程将盖板和衬底键合：

(2.1)在制备有第一、第二碳纳米管微气泡发生器的盖板表面涂紫外胶；

(2.2)将盖板固定在干净透明的玻璃板上，作为光刻机对准的掩膜版；

(2.3)将盖板和带微流体结构的衬底间的图形对准；

(2.4)对准后紫外灯曝光3～5分钟；

(2.5)从玻璃板上取下已键合的盖板和衬底。

本发明利用碳纳米管良好的微波导电性构建基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头，喷印头由双碳纳米管微气泡发生器和微流体结构两部分组成。碳纳米管微气泡发生器高集成密度、功耗低的特点保证了喷印头结构具有高的空间分辨率、很高的频率响应和很低的功耗。更为重要的是，它消除了次液滴问题，有效提高了喷印图形的质量。本发明克服了一般喷印头存在次液滴现象的缺点，并具有良好的高密度集成的潜力，在先进制造领域具有广泛的应用前景。

碳纳米管微气泡发生器(Carbon Nanotube Micro-Bubble Generator)用碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)作为基本加热元件，利用金属碳纳米管在纳米尺度上提供的高密度焦耳热，通过控制加热电流或电压来控制产生气泡的时间，气泡尺寸可控制在微米量级。

本发明提供的工艺与半导体IC工艺兼容。

附图说明

图1为双碳纳米管微气泡发生器喷印头结构剖视示意图。