實(shí)驗(yàn)名稱：氣流輔助靜電聚焦電流體噴頭實(shí)驗(yàn)研究

　　測試設(shè)備：高壓放大器、函數(shù)發(fā)生器、精密流量泵、激光共聚焦顯微鏡和超景深光學(xué)顯微鏡等。

　　實(shí)驗(yàn)過程：

　　圖1：實(shí)驗(yàn)平臺：(a)實(shí)驗(yàn)平臺示意圖；(b)實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)物圖

　　實(shí)驗(yàn)中使用的實(shí)驗(yàn)平臺如圖1所示?；灏惭b在運(yùn)動(dòng)平臺上，噴頭安裝在運(yùn)動(dòng)平臺正上方，軟件控制電機(jī)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。通過軟件可以對平臺的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)軌跡及噴頭高度等進(jìn)行調(diào)節(jié)，打印圖案的位圖文件和運(yùn)動(dòng)軌跡文件均可導(dǎo)入到平臺軟件中，軟件對文件進(jìn)行讀取后直接控制運(yùn)動(dòng)平臺進(jìn)行預(yù)定圖案的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)各種定制圖案的打印。精密流量泵對噴頭進(jìn)行溶液供給。氣泵對噴頭進(jìn)行氣流供給，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥對輸入噴頭的氣流壓力進(jìn)行控制，同時(shí)噴頭氣流入口處設(shè)置有氣壓表用于實(shí)時(shí)監(jiān)測其氣壓的變化以保證氣壓的穩(wěn)定，所使用的是調(diào)壓閥和數(shù)顯氣壓表。高壓電源為噴頭各電機(jī)提供高壓，高壓電源由函數(shù)信號發(fā)生器和高壓放大器組成，函數(shù)信號發(fā)生器用于產(chǎn)生各種形式（直流、交流、脈沖等）的電壓信號，高壓放大器將函數(shù)信號發(fā)生器輸出的電壓信號放大（1000倍）后輸出到噴頭的高壓電極上。實(shí)驗(yàn)平臺上設(shè)置有觀測相機(jī)對打印的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行觀測。對打印在基板上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用顯微鏡進(jìn)行觀測，所使用的包括激光共聚焦顯微鏡和超景深光學(xué)顯微鏡。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　圖2：絕緣基板銀漿打印結(jié)果：(a)常規(guī)電流體噴印打印結(jié)果；(b)噴頭靜電聚焦功能打印結(jié)果；(b)線寬隨基板速度變化

　　常規(guī)電流體噴印在絕緣的PI膜基板上打印的結(jié)果如圖2(a)所示，受基板的影響，打印的銀漿呈現(xiàn)彎曲狀態(tài)，調(diào)節(jié)噴嘴距基板的距離也不能解決這種問題。靜電聚焦電流體噴印實(shí)驗(yàn)中使用半徑為20µm的玻璃噴嘴并采用納米銀漿溶液打印在絕緣聚酰亞胺(PI)基板和玻璃基板上。采用的靜電透鏡結(jié)構(gòu)是內(nèi)徑為2.2mm的電極膜片結(jié)構(gòu)。圖2(b)顯示了納米銀漿溶液在玻璃基板和PI基板上的打印結(jié)果。圖2(c)顯示了打印的銀漿溶液的線寬隨基板運(yùn)動(dòng)速度的增大而減小，在基板速度為300mm/s時(shí)，在PI基板上的線寬能到達(dá)20µm，在玻璃基板上的線寬能到達(dá)10µm。這顯示了噴頭采用靜電聚焦功能時(shí)在絕緣基板上具有良好的打印效果。

　　圖3：傾斜基板上打印結(jié)果：(a)打印過程觀測圖；(b)誤差系數(shù)隨傾斜角度的變化

　　為證明靜電聚焦功能的噴頭能在傾斜基板上提高打印精度，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較靜電聚焦電流體噴頭和常規(guī)電流體噴印在傾斜的基板上的打印效果，如圖3所示。為了便于相機(jī)觀測，實(shí)驗(yàn)使用半徑為150µm的金屬噴嘴并采用納米銀漿溶液打印在傾斜的導(dǎo)電硅基板和絕緣聚酰亞胺(PI)基板上。采用的靜電透鏡結(jié)構(gòu)是內(nèi)徑為4mm的藍(lán)寶石片結(jié)構(gòu)。打印所采用的參數(shù)如圖3(a)和(b)所示，在導(dǎo)電硅基板上打印時(shí)，常規(guī)電流體噴印中噴嘴與基板之間形成的傾斜電場造成了射流很明顯的偏移。而靜電聚焦電流體噴頭中，靜電透鏡對電場的聚焦作使射流的偏移明顯的減小。其中ds表示射流與噴頭中心線在基板上落點(diǎn)之間的距離，hs表示噴頭中心線在基板上的落點(diǎn)與噴頭之間的距離，并將誤差系數(shù)(ds/hs)作為在傾斜基板上打印誤差的評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3(c)所示，在導(dǎo)電硅基板上，靜電聚焦電流體噴頭的誤差系數(shù)(ds/hs)明顯小于常規(guī)電流體噴印的誤差系數(shù)。在絕緣的PI(相對介電常數(shù)為3.5)基板上，常規(guī)電流體噴印很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的打印。靜電聚焦電流體噴頭不僅能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的打印而且具有比硅基板上打印的更小的誤差系數(shù)，在基板傾斜角度小于30°時(shí)誤差系數(shù)小于0.03。這表明噴頭的采用靜電聚焦功能時(shí)在絕緣和傾斜的基板上具有更高的打印精度。

　　高壓放大器推薦：ATA-7050

　　圖：ATA-7050高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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