[实用新型]一种电纺直写喷印控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电液耦合喷印装置，尤其是涉及一种可以在绝缘基底上去进行微纳结构精确定位的电纺直写喷印控制装置。

背景技术

电液耦合喷印技术作为一种新兴的微纳米制造技术以其工艺简单、操纵方便、原料来源广泛等众多优点，日益受到了工业界和学术界的关注。与传统IC硅微制造技术相比，电液耦合喷印技术设备简单、制造成本低，常温、常压、非洁净环境下可在多种基底上实现微纳结构的快速、高精度制造，更能满足柔性电子器件的大批量连续生产要求，并可实现有机电子与生物器件的集成。电液耦合喷印技术以其独特的优点，已经在众多领域显示出了巨大的发展潜力和市场前景（[1]Wang Ke,Stark John.Applied Physics A:Materials Science & Processing,2010，99：763-766）。相对采用内压力的传统喷印技术，电液耦合喷印是外加高压电场拉伸黏弹性溶液产生射流进行喷印，在减小喷印结构线宽、高粘度溶液喷印、降低设备成本等方面都具有明显优势。目前，有望应用于柔性电子微结构制造的电液耦合喷印方式主要是纺丝射流喷印(制造连续纳米纤维/微米薄膜)、以及按需可控喷印(离散液滴的可控按需喷印，也可能诱使液滴叠加沉积形成连续微纳结构)。

电液耦合喷印过程受到电场力、电荷排斥力黏弹生应力等多方面因素的影响，喷印射流存在无序、螺旋鞭动过程，影响了喷印微纳结构的精确定位沉积和形貌控制，这也极大限制了电液耦合喷印在电子生产行业中的应用发展。通过构造电极、收集板高速运动的方法可在一定程度上抑制了射流的螺旋不稳定运动，获得有序微纳结构，但无法实现喷印微纳结构的精密定位控制。

近场静电纺丝技术的提出为喷印微纳结构的有序制造和精确定位制造开辟了一种的技术途径。Sun D.H.等（[2]Sun D.H.,Chang C.,LiS.,et al.Nano.Lett.,2006，6：839-842）提出了近场静电纺丝技术，通过采用实心探针喷头、降低喷头至收集板距离等方法实现了单根纳米纤维的可控沉积。Chang C等（[3]Chang C.,Limkrailassiri K.,Lin L.W.Appl.Phys.Lett.,2008，93：123111）改进了近场静电纺丝技术，利用探针针尖刺破喷头处液滴的方法实现了有序纳米纤维的长时间连续制备。Roger等（[4]Park Jang-Ung,Hardy Matt,Kang Seong Jun,et al.Nat Mater,2007，6：782-789）采用脉冲电源进行离散微纳液滴的喷印，基本实现了液滴喷射频率、液滴尺寸的控制，受空间电场、溶液溶剂挥发等因素的影响微纳结构喷印精度有待进一步提高；在空心喷头内加装导体针尖是目前常采用的一种喷头结构（[5]Lee S.,Byun D.,Jun D.,etal.Sensors and Actuators a-Physical,2008，141：506-514），导体针尖的加装降低了喷射启动电压、减小液滴尺寸，通过调节施加电压的频率、幅值可控制喷射液滴的喷射频率和尺寸，但这种控制方式仍难以完成喷射过程的自由启停控制及实现真正意义上的按需、定点喷印。

电液耦合喷印过程射流携带有大量电荷，沉积后射流/微纳结构上的电荷将朝收集板转移。若采用绝缘基底作为收集板，射流所携带来的电荷无法及时导走聚焦在收集板表面，并将对后续沉积的射流和纳米纤维产生电荷排斥作用而影响微纳结构绝缘基底的定位控制沉积。R.Kessick（[6]Kessick R.,Fenn J.,Tepper G.The use of AC potentials in electrospraying and electrospinning processes[J].Polymer,2004,45(9):2981-2984）等采用交流静电纺丝的方法降低了电荷排斥力的影响，在绝缘基底上制备了有序纳米纤维。上述加载交流电压的方法可以较好抑制射流的无序螺旋鞭动、提高射流的稳定性，对于纳米纤维的有序沉积控制将有较好的促进作用；但受多方面影响因素的干扰，仍然无法实现纳米纤维或喷印微纳结构的精确定位控制。

目前，在绝缘基底上电液耦合喷印微结构的精确定位控制己成为了电液耦合喷印应用研究的难点，也是推动其产业化应用的主要瓶颈，急需在喷印设备与喷印控制技术上有新的突破。本实用新型将针对电液耦合喷印微纳结构在绝缘基底上的精确定位控制开展研究。

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