鞘气辅助空气动力学透镜聚焦的干法气溶胶喷印实验研究

针对气溶胶喷印技术中油墨存储条件苛刻和溶剂、表面活性剂去除等问题,提出了一种鞘气辅助空气动力学透镜聚焦的纳米粉末气溶胶喷印装置,建立了气溶胶喷印系统,探究了喷印速度、鞘气/载气体积流量比值对系统喷印效率、线条形貌的影响。通过激光烧结实验及电化学性能测试实验,分析了激光处理对气溶胶喷印线条电阻率、微观形貌、氧化程度的影响。实验结果表明:当喷印速度为19.20 mm/min、鞘气/载气体积流量比值为2.65时,获得了最小宽度为56.52μm的喷印线条;激光处理后,喷印线条中的纳米银粉末颗粒融化团聚并形成丝状物互相黏结,显著降低喷印线条的电阻率。

鞘气辅助空气动力学透镜的干法气溶胶喷印装置设计

针对湿法气溶胶技术在喷印过程中由于需要提高喷印线条精度和使用有机溶剂而带来的诸多问题,设计了一种鞘气辅助空气动力学透镜的干法气溶胶喷印装置,实现金属纳米颗粒材料的聚焦和沉积。该装置以鞘气辅助空气动力学透镜作为聚焦模块、以纳米银粉作为材料,避免了因使用有机溶剂带来的问题。在使用透镜公式计算的基础上,通过透镜计算器综合得出透镜结构尺寸,选择合适方式引入鞘气辅助聚焦,通过SolidWorks建模软件对装置进行建模,并采用Ansys Fluent仿真软件对空气动力学透镜进行仿真分析。仿真结果表明:颗粒粒径对透镜聚焦效果有较大影响;辅助鞘气倾角为40°时装置有更好的聚焦效果。在已构建的气溶胶喷印平台上对所设计装置进行实验研究,探究喷印线条形貌变化。在实验研究中获得了最小线宽为86.09μm的喷印线条,相当于喷嘴直径的43%。同时实验结果表明载气体积流量、基底温度、鞘气体积流量对喷印线条宽度有较大影响,对线条高度影响较小,喷印层数对线条宽度、高度都有较大影响。

气溶胶喷印技术研究进展

随着印刷技术在电子器件制备中应用的日益普遍,传统印刷技术,如凹版印刷、丝网印刷和喷墨打印的局限性体现出来。与传统印刷技术相比,气溶胶喷印是一种新兴的"直写式"印刷技术,具有无接触、无压力、无印版等特点。在印刷过程中,以气动或超声雾化方式获得气溶胶,借助惰性气体输送,喷印到衬底上,形成预设微图案。本文介绍了气溶胶喷印技术的基本原理和优缺点,阐述了该技术在印刷电子等领域的最新应用及亟需改进的问题,为拓展气溶胶喷印的应用领域提供参考。

双层鞘气聚焦对气溶胶喷印粉末汇聚特性的影响

粉末气溶胶喷印(P-AJP)技术是通过载气携带金属纳米颗粒形成气溶胶,其依靠气体动能将金属纳米颗粒均匀、稳定地喷印沉积至基底上,形成导电线路。采用气固两相流理论,建立喷印头内外流场模型,并应用FLUENT软件中的离散相模型分析计算不同喷印头鞘气层锥角和鞘气体积流量对粉末流场汇聚特性的影响。仿真结果表明,在送粉量一定的情况下,第一层鞘气层倾角为70°,第二鞘气层倾角为40°时粉末汇聚特性较好,粉末利用率较高。并以此角度模型为基础,通过模拟仿真和实验验证得出了第一层鞘气体积流量和第二层鞘气体积流量对粉末聚焦特性的变化趋势基本一致,喷印导线线宽及气溶胶颗粒轨迹线线宽都随着鞘气体积流量的增加而减小,其证明了模型的合理性和可靠性,为后续粉末气溶胶喷印中喷印头的结构设计和优化提供了参考。

基于水性功能油墨的气溶胶喷印工艺的研究及应用

气溶胶喷印水性功能油墨能为微纳柔性电子技术提供更环保的解决方案,但在油墨特性及复杂的打印参数共同作用下,其打印连续性、迹线成形、过度喷涂方面的缺陷亟待解决。基于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水性油墨,通过控制变量法系统地探究了适用于气溶胶喷印的水性油墨黏度(1~10 mPa·s)并优化了喷印工艺,总结出水性油墨黏度与气溶胶喷印的最优参数范围设置规律,并据此进行了水性纳米银油墨的喷印,制备了外径为1.96 mm的平面螺旋电感,表征了其电感及品质因数,测试结果与仿真结果有良好的一致性,其电感在0.024μH左右,可应用于射频识别(RFID)、滤波以及感应元件等领域。该结果为气溶胶喷印水性功能油墨的研究提供了前期的实验支持,有望推动气溶胶喷印在微纳柔性电子技术中的发展。

喷印系统喷印头结构参数对聚焦性能影响研究

喷印头的设计极大程度上影响着气溶胶喷印系统喷印线条精度的高低。为了优化喷印头的结构参数,应用仿真模拟软件Fluent对某型喷印头喷印过程进行仿真模拟。通过内部流场和颗粒轨迹分析,研究了出口直径一定情况下出口倾斜角、喷管长度、过渡收缩角、入口直径对喷印系统聚焦性能的影响。结果表明,在外界参数不变的条件下,出口倾斜角α=1.5°、喷管长度L=12.3mm、过渡段收缩角β=22°与入口直径D=2.3mm时,该系统喷印头具有最佳聚焦性能。本研究为气溶胶喷印系统喷印头结构参数的选取提供参考依据。

不同溶剂对PEDOT:PSS导电薄膜性能的影响

本研究采用气溶胶喷印技术,在SiO_2衬底上喷印沉积了聚（3,4-乙撑二氧噻吩）/聚苯乙烯磺酸（PEDOT：PSS）有机导电薄膜。利用光学显微镜、原子力显微镜以及四探针测试薄膜的形貌和电学特性,系统研究了加入乙二醇、丙三醇溶剂对导电薄膜卫星液滴产生、表面形貌以及导电特性的影响。研究结果显示：添加乙二醇和丙三醇溶剂可有效控制PEDOT：PSS薄膜卫星液滴的产生,导电薄膜的粗糙度由263nm分别降为47.7nm和2.99nm。同时,PEDOT：PSS薄膜的导电性也获得明显的提高,薄膜方块电阻从原来的3.31×10~5Ω/□,分别降为4.53×10~5Ω/□和4.61×10~4Ω/□。这表明,在PEDOT：PSS墨水中引入丙三醇能有效改善PEDOT：PSS薄膜的表面形貌以及导电性能。