[发明专利]一种纳米颗粒气溶胶喷印方法及装置

说明书

本发明公开了一种纳米颗粒气溶胶喷印方法，方法为：先对固相纳米材料进行振动与气流的相互作用得到气溶胶；再对固相纳米材料进行分选得到小粒径固相纳米材料气溶胶；然后利用文丘里管将小粒径固相纳米材料气溶胶送入气溶胶喷头；接着向小粒径固相纳米材料气溶胶周围通入聚焦鞘气，使其收缩形成致密气溶胶束；在喷嘴向致密气溶胶束周围通入保护鞘气，抑制致密气溶胶束离开喷嘴后的发散；喷射致密气溶胶束的同时对衬底进行预热；为适应上述方法，气溶胶喷头附近设有加热装置；本发明在气溶胶喷射印刷时采用双鞘气保护提高气溶胶稳定性，同步激光烧结提高了喷印工艺的效率。

技术领域

本发明涉及电子印刷领域，尤其涉及一种应用于柔性电子印刷，实现喷印高精度微图案或微结构的纳米颗粒气溶胶喷印方法及装置。

背景技术

随着电子技术的不断发展，其对生产工艺的精度要求越来越高，传统微电子生产工艺是在洁净室通过高真空蒸镀及减材制造技术来完成的，这种工艺存在的缺陷表现为：蒸镀设备及工艺成本高、运行费用昂贵、耗时耗材、排放成本高、且废液易造成重金属污染和化学污染。与传统微电子生产工艺相比，印刷电子技术运用优化的图形印刷作为其增材制造工艺，使功能性材料在衬底上成形。印刷电子技术大大简化了生产工艺，节省材料，而且近乎于零污染排放。同时，其还具有大面积、高产速、低成本量产等特点，其产品还具有柔性化、小型轻薄、大面积功能化分布及价格低廉等诸多优势，被广泛应用于柔性电路及显示器、电子封装、生物医学、能源科技、太空科学等领域。

传统的印刷电子技术有凹版印刷、丝网印刷、喷墨打印、光刻及激光刻蚀等，然而，传统印刷电子技术存在的一些弊端极大地限制了印刷电子技术的进一步发展。比如，图形定位精度低及分辨率低（＞20μm），制作过程复杂且有毒，制造的成本较高，材料的利用率低等，为克服上述问题，近年来出现了一种新兴的气溶胶喷印技术，该气溶胶喷印技术是一种非接触、直写式的数字增材制造技术，其印刷分辨率可达10 um级别，从一定程度上解决了印刷电子技术图形精度低及分辨率低的问题。气溶胶喷印技术主要优势在于印刷分辨率高；印刷精度高；适用的材料范围广；可以在1-5 mm范围内工作(即设备喷嘴出口与衬底表面之间的距离)，以此保证气溶胶喷印技术能够用于印刷复杂精细的结构。

气溶胶是指任何物质的固体或液体微粒分散并悬浮于气体介质中形成的具有特定运动规律的分散体系。其中被悬浮的微粒物称为分散相，大小为0.001～100μm，承载微粒物的气体称为分散介质。目前传统气溶胶喷印技术的喷材多以油墨形式存在，即将分散相与有机溶剂混合后加入喷印设备，喷印设备将功能性材料油墨先雾化成小液滴，再通过聚焦喷头喷射打印在衬底上，从而实现微型化数字增材制造。但由于使用了有机溶剂，现有气溶胶喷印技术存在会造成环境污染，部分墨水的存储条件较为苛刻，且还需要去除并回收溶剂和表面活化剂等问题。另一方面，为保证喷印精度，部分气溶胶喷印装置会采用可产生单鞘气层的喷印结构，由于技术常常应用于高精度场合，故喷嘴出口直径小于1mm以下甚至达到0.1mm以下，若喷嘴出口速度过大将导致出口压力急剧减小，在喷嘴出口处形成较大回流，最终导致喷嘴堵塞甚至损坏。再者，针对固体粉末的传统气溶胶喷印技术往往会先采用固体颗粒气溶胶进行喷印，在喷印完成后，还需对喷印的图案进行热还原和烧结处理，多流程处理使得喷印效率明显降低，步骤的分离也影响到喷材的粘附强度。随着喷印柔性电路、薄膜晶体管和超级电容器等电子器件的发展，其生产对气溶胶喷印技术的需求越来越多，现有针对固体粉末，尤其针对一些金属粉末的气溶胶喷印技术有待进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可提供密度稳定的固相纳米材料气溶胶且不易导致喷嘴堵塞的纳米颗粒气溶胶喷印方法及喷印装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种纳米颗粒气溶胶喷印方法，其包括以下步骤：

步骤一，将振动台作用于装有固相纳米材料的粉末气溶胶发生器，发生振动的固相纳米材料与通入粉末气溶胶发生器的气流相互作用形成向上流动的气溶胶；