[发明专利]基于石墨烯-碳纳米管复合结构的热喷印头及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯‑碳纳米管复合结构的热喷印头及其制备方法，采用ICP工艺以及PDMS填充深沟的表面平坦化工艺，在硅片衬底上制备主通道、喷墨腔室、进墨通道、喷嘴、喷墨通道；采用阳极键合工艺，以石墨烯碎片作为中间层，将玻璃基底和硅片衬底键合。主通道和喷墨腔室通过进墨通道连通，进墨通道深度小于喷墨腔室深度；喷嘴设置在喷墨腔室底部；碳纳米管‑石墨烯复合结构微气泡发生器阵列和碳纳米管温度传感器阵列制备在玻璃基底对应喷墨腔室的区域，且朝向喷墨腔室设置。该喷头进液关闭可靠、键合强度高、不易污染喷印腔室，制备时精度易于控制。

技术领域

本发明属于微机电系统热喷印技术领域，更具体地，涉及一种基于石墨烯-碳纳米管复合结构的热喷印头及其制备方法。

背景技术

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。

各种各样的驱动源中，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，高频率响应和低成本等优点。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。

专利ZL201010160465.5《基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法》公开了基于双碳纳米管微气泡发生器的喷印头及其制备方法。该方案有以下不足：

(1)碳纳米管微气泡发生器采用金属电极，二者之间存在肖特基势垒，接触电阻较大。

(2)微流体结构采用湿法腐蚀和干法刻蚀相结合的方法，不易控制加工精度。

(3)进墨通道与喷印单元的腔室深度相同，在气泡阀关闭进液是存在关闭不牢的问题。

(4)双微气泡发生器和微流体结构采用紫外固化键合方法，键合强度受到限制；而且紫外固化胶的涂覆容易污染喷印腔室。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明旨在提供一种进液关闭可靠、键合强度高、不易污染喷印腔室、易于加工的热印喷头及其制备方法。