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一种基于静电喷印制备阵列化图案的装置和方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-08-21 17:06:00

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 王正伦 | 2023-08-21 17:06:00

一种基于电流体动力喷印的阵列化图案喷印装置,包括金属针头, 承印层,金属基板,运动平台和高压发生器,其中,所述金属针头设 置在承印层上方,该承印层设置在金属基板上,该金属针头和金属基 板分别连接到高压发生器正负端,从而在两者之间形成电场,所述金 属基板可在运动平台的驱动下作平面运动,从而带动承印层运动,在 电场作用下,喷印溶液通过金属针头流出并形成射流喷射到运动的承 印层上,即可在该承印层上形成所需的喷印图案。作为本发明的改进,所述金属针头设置在一高度调节架上,其相 对金属基板的距离可通过该高度调节架进行调节。作为本发明的改进,所述装置还包括流量泵,注射器和导管,喷 印溶液通过所述流量泵泵入注射器,并进而通过所述导管流入金属针头。

本发明公开了一种基于电流体动力喷印的阵列化图案喷印装置,包括金属针头,承印层,金属基板,运动平台和高压发生器,其中,所述金属针头设置在承印层上方,该承印层设置在金属基板上,该金属针头和金属基板分别连接到高压发生器正负端,从而在两者之间形成电场,所述金属基板可在运动平台的驱动下作平面运动,从而带动承印层运动,在电场作用下,喷印溶液通过金属针头流出并形成射流喷射到运动的承印层上,即可在该承印层上形成所需的喷印图案。本发明还公开了利用上述装置制备图案的方法。本发明基于拉伸辅助的高精度定位,实现了在工程环境下,高精度阵列化图案的简单、快速制造,突破了传统静电喷印技术在射流定位与喷印特定图案方面的限制。

喷印技术作为一种制造工艺工具,其应用可以追溯到上个世纪 50年代西门子将其用于机器输出轨迹的打点,更多的发展则发生在 1960~1980期间,这使得现在喷印技术能在许多领域得到较为广泛的 应用,包括:图像输出与标记等。传统的喷印技术主要采用连续喷印 (CIJ)和按需喷印(DOD)两种方法,两种喷印技术都能够产生直径 范围在20-150微米的液滴:CIJ主要应用于编码和标识,液滴直径 约为100微米;DOD则主要应用在图像和文字打印上,液滴直径更小, 通常在20-50微米。由于传统的喷印技术采用热力或者压力的方式产 生喷射,使得其在液滴喷射的产生与喷射依赖与喷印头的尺寸,而一 般为喷印头直径的1.89倍,制造细小的喷印头需要复杂的微制造工 艺与材料,因此传统喷印技术制造细小液滴基本无法实现。

与传统的喷印技术相比,通过静电场产生喷射的喷印技术(电流 体动力喷印)能够产生更细小的液滴与液丝,直径可以达到纳米级别。 同时,电流体动力喷印技术可以喷印高分子有机物等多种材料,使得 其应用范围更加宽广,如柔性电子制造,陶瓷元件制造,组织工程等。

然而,由于在喷射过程中液丝会产生“鞭动”等不稳定现象,使 得这种技术只应用在了静电纺丝上以获得有特定性能的纤维,而难以 用于有高定位精度要求的喷印图案上。

本团队负责人尹周平教授,团队成员有唐江教授、黄永安教授、牛广达教授、吴豪研究员、郭连波研究员、厉侃研究员、高亮副教授、段永青副教授、叶冬讲师。本团队长期从事柔性电子制造基础研究的过程中,依托数字制造装备与技术国家重点实验室和武汉光电研究中心自然形成稳定的研究团队,面向柔性显示、穿戴式电子、新型能源等产业发展重大需求,立足于学术前沿研究,取得一批具有国际先进水平的标志性研究成果,培养一批具有国际学术影响力的青年学术带头人和研究骨干;注重研究成果转化,实现与国家重大需求和市场需要结合。团队老师具有机械、光电、材料、化学等背景,联合培养、共同指导,从而实现对学生的全方位、高水平培养。

本发明的优点具有:

1)定位精度高,本发明中由于喷射针头的位置不变,而采用运 动基板位置来喷印图案,可以保证针头部位喷射过程的稳定,同时基 板对在空间中下落的纤维有拉拽作用,可以保证纤维形成时的直线度。

2)成本低,本发明无需涉及光刻等复杂工艺,且材料成本低廉, 并可以采用卷到卷工艺进行批量生产。

3)效率高,阵列化图案的获得还可以通过多个喷嘴实现,可快 速制备阵列化图案。

4)该方法为连续打印方式,打印速度可达1m/s,可快速在大面 积内进行图案沉积。

本专利成果采用技术转让,技术入股,技术合作等成果转化方式,希望进一步实现该专利的有益效果,有兴趣皆可面议。