Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

ברזולוציה גבוהה תכנים באמצעות שני מצבים של Electrohydrodynamic סילון: ירידה על הביקוש, שדה-Electrospinning

Published: July 10, 2018 doi: 10.3791/57846
Automatic Translation
1, 2, 2
1Department of Electronic Materials and Devices Engineering, Soonchunhyang University, 2Department of Mechanical Engineering, Soonchunhyang University

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לייצר דפוסים מוליך ברזולוציה גבוהה באמצעות הדפסה electrohydrodynamic (EHD) סילון. הפרוטוקול כולל שני מצבים של הדפסה EHD סילון: את electrospinning-שדה ליד רציף (NFES) והדפסה של מבוססי נקודה טיפה לפי דרישה EHD (משרד ההגנה).

Abstract

Electrohydrodynamic (EHD) מטוס הדפסה יש משכו תשומת לב בתחומים שונים, כי זה יכול לשמש ככלי המתבנת ישירה ברזולוציה גבוהה, בעלות נמוכה. הדפסה EHD משתמש הספק fluidic לשמור את מניסקוס מעוקם על ידי דחיפת הדיו מחוץ קצה הזרבובית. השדה החשמלי משמש לאחר מכן להוציא את מניסקוס אל המצע לייצר דפוסים ברזולוציה גבוהה. שני מצבים של הדפסה EHD שימשו המתבנת בסדר:-שדה ליד רציף electrospinning (NFES) והדפסה המבוסס על נקודה טיפה לפי דרישה EHD (משרד ההגנה). על פי המצבים ההדפסה, הדרישות עבור צמיגות דיו וציוד ההדפסה יהיו שונים. אף-על-פי ניתן ליישם בשני מצבים שונים עם מדפסת EHD יחיד, שיטות מימוש שונים באופן משמעותי במונחים של מערכת fluidic, ודיו מתח נהיגה. כתוצאה מכך, ללא הבנה נכונה של דרישות ומגבלות jetting, זה קשה להשיג את התוצאות הרצויות. מטרת מאמר זה היא להציג קו מנחה כך חוקרים לא מנוסים יכולים להפחית את המאמצים ניסוי וטעייה לשימוש המטוס EHD שלהם למטרות פיתוח ומחקר ספציפיים. כדי להדגים את יישום פיין-המתבנת, אנו משתמשים Ag nanoparticle דיו עבור המתבנת מוליך בפרוטוקול. בנוסף, אנו מציגים גם ההנחיות ההדפסה מוכללת שיכול לשמש עבור סוגים אחרים של דיו עבור יישומים פיין-המתבנת שונים.

Introduction

הדפסה EHD מטוס כבר בשימוש נרחב בתחומים שונים, כגון מודפסים אלקטרוניקה, ביוטכנולוגיה, יישומים חומרים מתקדמים, כי הוא מסוגל ישיר ברזולוציה גבוהה, בעלות נמוכה תכנים1. רוחב השורה המודפסת או גודל נקודה המודפס יופחת 1 מיקרומטר, וזו הקטנה משמעותית מזה של קונבנציונאלי המבוסס על אלמנט פייזו דיו הדפסה1.

בהדפסה EHD, חלק קטן דיו (או מניסקוס) זה דחפתי את הטיפ זרבובית ומתוחזק על ידי שליטה על תזרים שיעור1,2,3,4,5 או את לחץ האוויר1 6, ,7. אלך להביא את האלונקה מעוקם יחול, יכול בקלות להיות נמשכה מטה מהקצה זרבובית המצע על ידי שדה חשמלי, כפי שמוצג באיור1. מניסקוס חרוט נוצר במהלך לטוס, לייצר זרם הדיו דק הרבה יותר גודל החרירים.

Figure 1
איור 1: הדפסה EHD. האיור מציג את עקרון ההדפסה EHD סילון. דיו נדחף באמצעות לחץ ומשך באמצעות שדה חשמלי כדי ליצור של מניסקוס עם הבלטה של הצינור. לאחר מכן, הדיו טעונה יכול זינק בקלות המצע באמצעות בקר קבוצת מחשבים או מתח דופק. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

למרות שניתן להשתמש במדפסת יחידה EHD בשני מצבים שונים, שדה-electrospinning (NFES) ו ירידה לפי דרישה (משרד ההגנה) EHD סילון הדפסה, שיטות מימוש שונים באופן משמעותי במונחים של מערכת fluidic, ודיו מתח נהיגה1 , 2 , 3. לדוגמה,4,NFES5 משתמש דפוס יחסית גבוהה נטול צמיגות [יותר מ- 1,000 centipoises (cP)] כדי ליצור תבניות מיקרו-קו רציף עם הדפסה במהירות גבוהה עד 1 m/s. מצד שני, משרד ההגנה EHD סילון הדפסה6,7,8 שימושים דיו נמוך נטול צמיגות עם צמיגות בסביבות 10 cP להדפסת דוגמאות מורכבות מבוססות נקודה עם הדפסה נמוכה מהירות פחות מ- 10 מ מ/s.

מאז הדרישה עבור כל מצב שונה באופן משמעותי, זה יכול להיות מאתגר לחוקרים לא מנוסים להשיג את התוצאות הרצויות. "הידע" אמפירי עשוי להיות חשוב בתרגול. כדי לסייע לחוקרים תתרגל שיטות הדפסה, נציג EHD הדפסה פרוטוקולים עבור בסדר המתבנת מוליכי חשמל באמצעות דיו nanoparticle Ag. עם זאת, הוספנו הערות לפרוטוקולים כך הם אינם מוגבלים המתבנת מוליכי חשמל באמצעות דיו nanoparticle Ag. לבסוף, הדפסה והכנת הנחיות מוצגים במקטע דיון.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

למטרות בטיחות וגהות, לפני שימוש שדיו וניקוי פתרון, להפנות גליון הנתונים של גשמי בטיחות (MSDS).

1. ירידה-לפי-דרישה Electrohydrodynamic סילון הדפסה באמצעות דיו ננו-חלקיק כסף

  1. מילוי הדיו מסוננים ננו-חלקיק כסף (AgNP) של המאגר דיו של מערכת ההדפסה EHD.
    הערה: דיו AgNP זמינים מסחרית יכול לשמש לצורך הזרקת דיו. הדיו צריך של צמיגות של בסביבות 10 cP ומתח פני השטח של 20 ~ 40 mN מ' כדי להשיג ירידה לפי דרישה לטוס.
  2. לבצע זרבובית עבור משרד ההגנה EHD ההדפסה באמצעות של פולר תרמי.
    1. מקום זכוכית נימי [הקוטר הפנימי (ID) של 1 מ מ] פולר תרמי.
    2. להגדיר את הפרמטרים של פולר תרמית; לדוגמה, הטמפרטורה חימום בטווח של 580-590 ° C ומושך עם מהירות של-18 מ"מ/s.
      שימו לב: הפרמטרים עבור פולר תרמית צריכה שונים לפי מזהה זרבובית היעד ותנאי הסביבה.
    3. מפעילים את פולר תרמי עם הפרמטרים set כדי להחיל החום במרכז נימי ולמשוך בשני מקצוותיו כדי להפוך זרבובית בעל המזהה 5 מיקרומטר.
      הערה: לקבוע את גודלו של מזהה זרבובית בהתבסס על גודל נקודה היעד על המצע. לעיון, המזהה זרבובית של 5 מיקרומטר יכול להדפיס מיקרומטר בגודל 5 נקודות.
    4. להתאים את אורך הצינור זכוכית על ידי חיתוך זכוכית זרבובית ויה לחיתוך זכוכית.
  3. להרכיב הזרבובית בעל זרבובית, המחבר, אשר מחוברים מאגר דיו באמצעות צינורות טפלון (PTFE).
  4. מפעילים לחץ אוויר לספק דיו אל קצה הזרבובית.
    1. להפעיל את בקר לחץ אויר והפעילו לחץ אוויר של 15 ~ 20 kPa למאגר דיו כדי לספק דיו אל קצה הזרבובית. לפקח על זרימת דיו דרך החרירים זכוכית שקופה אבובים על מנת להבטיח כי אין אוויר הוא לכוד בתוך הצינור, הצינור, כאשר אספקת הדיו. תמשיכי לשים לחץ האוויר למאגר המים דיו דיו להופעת בקצה הצינור.
      הערה: מקטין את הלחץ לפני שהדיו מופיע בקצה הצינור כי זה יכול לגרום מלכודת בועות אוויר בקצה הצינור.
    2. להפחית את הלחץ ל kPa בסביבות 12 לשמור את מניסקוס מעוקם ללא שדיו נוטפים קצה הזרבובית.
      הערה: לחץ האוויר הנכון תלויה זרבובית צמיגות גודל ודיו. לא להגדיל את לחץ האוויר כדי kPa יותר מ-30 כדי למנוע דחיסת אוויר, אשר אינה רצויה לשמירה על מניסקוס במצב יציב.
  5. לתקן את הראש זרבובית שהורכב מערכת ההדפסה.
  6. מניחים את מצע זכוכית על הצ'אק ואקום של בעל המצע והפעל את משאבת ואקום כדי להחזיק את המצע.
  7. להזיז את הבמה ציר z כדי להתאים את המרחק להתנתק (H) — הפער בין קצה הזרבובית ואת המיקום המצע — כ-100 מיקרומטר להשתמש בתמונה הצדדית שרכשה את. מצלמת המעקב כדי להעריך את המרחק להתנתק באמצעות המרחק עצה הזרבובית על השתקפות שלו, כפי שמוצג באיור2.
    הערה: המרחק קטן יותר להתנתק מוביל שדה חשמלי גבוה יותר, אשר יכול להקל הדפסה עם מתח DC ודופק נמוך בשביל לטוס. עם זאת, מרחק להתנתק נמוך עלול להוביל טיפות גדולות יותר. לכן, סדר הגודל של מתח כדאי ויקטן בהתאם כדי לקבל את הגודל הרצוי נקודה. באופן כללי, השימוש של מתח נמוך מומלץ להשיג קטן יותר מודפס נקודות עם פחות ריסוס. עם זאת, פעולת זהיר נדרש אם המרחק להתנתק הופך להיות פחות מ- 50 מיקרומטר, עקב הסיכוי גבוה יותר של זרבובית שבירה על ידי התנגשות עם המצע. בהתחשב היחס עסקאות חליפין בין היכולת לטוס, אמינות, אנו ממליצים על השימוש של מרחק להתנתק של 100 מיקרומטר.

Figure 2
איור 2: להתנתק כוונון מרחק באמצעות תמונה מצלמה תצוגה בצד. התמונה זרבובית ממצלמה הצדדית יכול לשמש כדי להעריך את המרחק להתנתק. להתנתק המרחק (H) קצה הזרבובית המצע יכול להיות מוערך בקלות כמו חצי המרחק בין קצה הזרבובית אל הצל שלה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. החל מתח DC ודופק
    הערה: המתח DC והדופק יכול להיות נשלט באמצעות תוכנת הדפסה.
    1. . תגביר את המתח DC בהדרגה עד טיפות דיו מתוך קצה הזרבובית.
      הערה: בעת ובעונה אחת אינן חלות המתח היעד. המתח מצטבר צריך להיות פחות מ 100 וולט בכל פעם. בסך הכל, אינן חלות מתח DC של יותר מ 600 V.
    2. להפחית את מתח DC מעט שמראש מתח DC עד אין דיו נוספים נוטפים הזרבובית נצפית.
      הערה: לאחר ההתאמה של לחץ פנאומטי, מתח DC, אלך להביא את האלונקה צריך להיות בכושר המתאים בשביל לטוס כפי שמוצג S1 איור משלים.
    3. הגדר מתח שלילי דופק עם הפרמטרים של tעלייה = 0 ~ 100 µs, tלשכון = 300 µs, ו- tנופלים = 0 µs7 (איור 3) בתפריט התוכנה.
    4. להחיל את מתח שלילי הדופק אצל המחזיק המצע. לאחר מכן, להתאים את סדר הגודל של המתח הדופק, Vהדופק, כדי לייצר droplet אחד לכל יחיד הדופק מתח.
      הערה: סדר הגודל של המתח הדופק שלילי, Vהדופק, צריך להיות נמוך מ 600 V.
    5. להתאים את המתחים רקע ודופק את DC כדי להשיג את המטרה בגודל אגל על המצע תוך התבוננות על הנקודות סילון על המצע בתמונה לצד תצוגת המצלמה.
      הערה: על לייצר נקודות קטנות עם פחות ריסוס על המצע, סדר הגודל של המתח הדופק, Vהדופק, צריך להיות נמוך ככל האפשר.

Figure 3
איור 3: דופק מתח עבור משרד ההגנה EHD לטוס. השימוש waveform טרפז מתח מומלץ לייצר EHD ההגנה לטוס7. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. דפוסי ההדפסה
    הערה: שני סוגים שונים של תבניות ניתן להשתמש עבור משרד ההגנה EHD הדפסה: מפת סיביות (CAD) ותמונה -מבוסס המידע הווקטורי. תמונת מפת סיביות כבר בשימוש נרחב במבוסס-משרד ההגנה מדפסת הזרקת דיו. עם זאת, במקרה של יישומי אלקטרוניקה המודפס, המידע הווקטורי המבוסס CAD יש יתרונות הזרקת דיו המבוסס על משרד ההגנה הדפסה, כי זה יעיל בהדפסה מבוססת על קו באמצעות ראש EHD יחיד. במקביל, ניתן להמיר את המידע הווקטורי לתוך תמונת bitmap עבור הדפסת תמונת bitmap.
    1. הדפסת תמונת מפת סיביות
      1. לטעון תמונת bitmap בכרטיסיה הדפסה של תוכנת הדפסה, להמיר אותו לתוך תמונה בינארית.
      2. להגדיר את הפרמטרים עבור הדפסת תמונה בינארי. למשל, לקבוע את מרווח טיפה (כלומר, המרחק בין 2 פיקסלים רציפים) 10 מיקרומטר.
        הערה: תמונת bitmap לא קיים את כל הממדים הפיזיים. הממדים הפיזיים של התמונה המודפסת יקושר למרווח טיפה. לדוגמה, התמונה המודפסת הופך גדול יותר אם נעשה שימוש מרווח טיפה גדול יותר. בהדפסה הזרקת דיו קונבנציונאלי, נקודות לאינץ ' (DPI) כבר בשימוש נפוץ למטרה זו. עם זאת, יצוין כי DPI קטנים יותר פירושו מרווח טיפה גדול יותר. על מנת לקבוע את מרווח טיפה, יש לשקול את גודל נקודה המודפס. באופן כללי, מרווח טיפה להדפסה EHD ההגנה הוא קטן משמעותית מזה של קונבנציונאלי מדפסת הזרקת דיו.
      3. להתחיל להדפיס באמצעות מפת הסיביות שנבחרו למיקום היעד במצע.
    2. וקטור הדפסה בהתבסס על מידע CAD
      1. לטעון את המידע CAD להדפסה.
        הערה: תבנית קובץ DXF, אשר מבוססת-טקסט מידע CAD, יכול לשמש עבור המידע ההדפסה.
      2. קבע את הפרמטרים עבור וקטור הדפסה; לדוגמה, להגדיר את מרווח טיפה מיקרומטר 3 ותדירות jetting ב-10 הרץ.
        הערה: כדי להדפיס את תבניות קו מחובר, המרווח טיפה צריך להיבחר כך adjacently שהופקדו טיפות מעט חופפים. עם זאת, יותר מדי חופפים עלול לגרום רוחב קו גדול יותר. חופפת של כ-30% מומלץ להדפסה בכל שורת מעשי. במקרה של וקטור הדפסה, מהירות תנועה (v) במשוואה הבאה.
        v = d × f
        כאן,
        d = מרווח הזמן טיפה, ו
        f = תדירות jetting.
      3. להדפיס את דפוסי טעון על המצע באמצעות פרמטרים ההדפסה שנקבע מראש, כגון את מרווח טיפה את מהירות ההדפסה, מתח, וכו '
        הערה: לאחר ההדפסה, תהליך מתיכות להדרש כדי להשיג את הרצוי מוליכות התבניות המודפסות, אשר מעבר להיקף של מאמר זה.

2. קו מוליך דק תכנים באמצעות שדה-Electrospinning

  1. ! דיו-שדה ליד electrospinning (NFES) להדפסת קו מוליך.
    1. מערבבים אתנול ומים (DI) יונים עם יחס נפח של 3 (אתנול) 1 (DI מים) כדי להכין ממס 1. לדוגמה, מערבבים 9 מ של אתנול, 3 מ"ל של די מים כדי ליצור 12 מ של הממס 1.
    2. לערבב 0.3 גרם של פולי (אתילן אוקסיד) (פאו, מ'wt = 400,000) ו- g 9.7 של הממס מוכן 1 כדי להפוך פתרון פולימר עם 3% wt של פאו מאת ערבוב, שימוש של פגים עבור יותר מ 6 שעות בטמפרטורת החדר (25 ° C).
    3. מיקס Ag ננו להדביק דיו, אשר צמיגות על 11,000 cP, והפתרון מוכן פולימר, עם יחס משקל של 5 (Ag ננו הדבק דיו) 1 (פתרון פולימר) באמצעות מערבל מערבולת 10 דקות כדי לקבל את הדיו NFES. לדוגמה, 10 גרם של Ag ננו להדביק דיו ו- 2 גר' פולימר הפתרון יכול להיות מעורב כדי להשיג את הדיו NFES.
      הערה: ב פרוטוקול זה, היחס של ערבוב החומרים הוא בדרך כלל יותר חשוב יותר מכמות החומרים הספציפיים. ננו Ag זמינים מסחרית להדביק דיו למטרות הדפסה המסך, אשר יש תוכן מוצק Ag כ 85.5% wt, יכול לשמש למטרה זו. שימו לב כי הבחירה של הממס, הפולימר יכולה שונה בהתבסס על הרכבו של הדיו המשמש.
  2. מילוי הדיו NFES מוכן במזרק.
  3. לחבר את המזרק עם זרבובית דרך הצינור המחבר.
    הערה: מחט מזרק זמינים מסחרית עם מזהה של 100 מיקרומטר יכול לשמש עבור הזרבובית.
  4. אספקת דיו הזרבובית על ידי דחיפת המזרק באופן ידני.
  5. התקן את המזרק המנוע מזרק, אשר מחוברת מערכת ההדפסה.
  6. מניחים את מצע על הצ'אק ואקום והפעל את משאבת ואקום כדי להחזיק את המצע במהלך ההדפסה.
  7. לשלוט על Z-המיקום (שלב) כדי להתאים את המרחק להתנתק.
    הערה: המרחק להתנתק המומלץ צריך להיות בסביבות 2 מ"מ, אשר באופן משמעותי המרחק קטן יותר להתנתק בהשוואה לזו שבוצעה עם electrospinning המקובלת.
  8. להתאים את קצב הזרימה
    1. מפעילים את משאבת מזרק מילוי הדיו NFES של מכלול זרבובית וליצור תזרים דיו עם שיעור זרימת הראשונית של µL 50/דקה, שהוא גבוה יותר מאשר קצב הזרימה היעד.
    2. להגדיר קצב זרימה היעד של µL 1/דקות כאשר הדיו יאזלו קצה הזרבובית.
      הערה: קצב זרימה קטן יכול לגרום הקטן את רוחב התבנית. עם זאת, זה עלול לגרום קו שבירה. העסקה בין את רוחב הקו ההמשך של הקו להתייחס כאשר נקבע קצב הזרימה היעד.
  9. החל מתח
    1. חבר את מקור מתח DC למחבר זרבובית וחבר את המתח הקרקע המחזיק המצע.
    2. . תגביר את המתח DC בהדרגה של 1.5 kV.
      הערה: כיוון המרחק להתנתק הוא בטווח של כמה מילימטרים, מתח DC יכול להיות מוגברת עד 2 kV, אשר גבוה יותר של משרד ההגנה EHD סילון הדפסה. עם זאת, מתח DC גבוה יותר מאשר 2 kV להימנע מאז זה עלולים לגרום נזק החומר פונקציונלי, במיוחד Ag הדבקת הדיו, נוספו הפתרון פולימר. באופן כללי, מתח DC נמוך מומלץ כאשר קו מודפס מדלל נדרשת. עם זאת, הקווים המודפס יכול בקלות לנתק בעת מתח נמוך, מכיוון שהכוח המושך להדפסה דיו רציפה קשורה מתח DC. בהתחשב החלופות, אנו ממליצים על השימוש של מתח DC הנע בין 1 kV 2 kV.
  10. להתחיל את הדפסת סרק עם מהירות הדפסה של 300 מ מ/s עבור יותר מ- 10 דקות לקבל זרם מצב יציב. להתאים את הפרמטרים ההדפסה כגון קצב זרימה של מתח חשמלי DC במהלך ההדפסה לא פעיל כדי להשיג את התוצאות הרצויות להדפסה.
    הערה: פעיל הדפסה של יותר מ 10 דקות נדרש לקבל זרם מצב יציב בגלל הדיו צמיגה ניתן לדחוס בתוך הצנרת ממושך בזמן הלידה דיו אל קצה הזרבובית. ללא הדפסה סרק, רוחב הקו המודפס עשויים להשתנות עם הזמן. מהירות ההדפסה במצב סרק, כך, יהיה זהה מהירות ההדפסה בפועל כך ניתן להתאים את הפרמטרים jetting במהלך ההדפסה. בדרך זו, המתח DC מותאמת במהלך ההדפסה לא פעיל כדי להשיג את רוחב שורת היעד. שים לב כי יש לאזן את קצב הזרימה ואת המתח DC, כך כמות הדיו דחף את משאבת מזרק יכול להיות שווה כמות הדיו הוריד על-ידי השדה החשמלי.
  11. בחר את התבנית ההדפסה, כגון תבניות רציפה קו ורשת.
    הערה: כיוון סיבים המיוצרים בקלות וניתנת להסטה ניתן להפקיד באופן אקראי בגלל הכוח סלידה תשלום הנוצר על ידי הקווים המודפס, מהירות ההדפסה צריך להיות גדול מ- 300 מ מ/s כדי ליישר את התבנית עם הכיוונים הדפסה, ו המרווח בין השורות המודפסות מומלץ להיות יותר מ-100 מיקרומטר כדי להדפיס את דפוסי פוסקי או קו.
  12. הדפס את התבנית שנבחרה על המצע באמצעות פרמטרים ההדפסה שנקבע מראש.
    הערה: תהליך מתיכות להדרש כדי להשיג את היעד פונקציות של התבניות המודפסות, אשר מעבר להיקף של מאמר זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

הדפסה מבוססת נקודה טיפה לפי דרישה:
משרד ההגנה הדפסה מבוסס על אחד droplet לטוס לכל גורם מפעיל אחד לטוס. כדי לייצר ההגנה לטוס, דיו נמוך נטול צמיגות עם צמיגות כ 10 cP אמור לשמש. הדרישה דיו להדפסה EHD ההגנה הוא דומה לזה של משרד ההגנה המקובלת הזרקת דיו, וכן שיטת ההדפסה EHD לזה של הזרקת דיו קונבנציונאלי משרד ההגנה. במקרה של קונבנציונאלי מדפסת הזרקת דיו, טכניקת הדפסה סריקה כבר בשימוש נרחב, כי זה מתאים עבור הדפסת תמונת bitmap בעזרת הזרבובית מרובת ראשים. עם זאת, במקרה דפוס EHD סילון, יש גבול על היישום של הראש זרבובית מרובה בשל החשמל צולבות לדבר בין חרירי. לפיכך, וקטור הדפסה באמצעות זרבובית יחיד משמש בדרך כלל עבור הדפסה מבוססי CAD קו. בכל זאת, על הרסטר או את מצב ההדפסה של וקטור צריכה להיות ניתנת לבחירה מתוך התוכנה הדפסה להדפסת סוגים שונים של המתבנת. שימו לב כי אלגוריתם ויישום יכולים להיות שונים על פי המצבים ההדפסה. במצב וקטור, בתנועות סימולטניות ב- x, y כיוונים משמשים כדי להדפיס את הקווים, הואיל בהדפסה רסטר, ציר יחיד משמש כדי להדפיס את נקודות הכיוון העיקרי, ולאחר מכן להעביר אלומה הבא בכיוון משנה. נציג תוצאות הדפסה באמצעות raster וקטור הדפסה מוצגים באיור4.

Figure 4
איור 4: טיפוסי תוצאות הדפסה באמצעות משרד ההגנה EHD לטוס. () לוח זה מציג בהדפסת bitmap (הדפסה רסטר). (b) לוח זה מציג וקטור הדפסה בהתבסס על מידע CAD. הדפסה EHD סילון מבוססת נקודה ניתן להדפיס תמונות bitmap (הדפסה סריקה) והן קווי המבוסס CAD (וקטור הדפסה). כאן, מתח DC של 250 V מתח דופק של-250 V שימשו כדי להדפיס בשני הדפוסים. פאנל , המרווח טיפה היה הגדר 10 מיקרומטר על מנת להפריד את הנקודות. פאנל b, התבנית הודפסה באמצעות תדר של 10 הרץ מרווח טיפה של מיקרומטר 3 כך הנקודות מחוברות כדי ליצור שורות.

שדה-electrospinning:
NFES משתמשת דיו בעלי צמיגות גבוהה יותר מ-1,000 cP להדפיס תבניות ברציפות. אז, זה לא יכול להדפיס תמונות bitmap או CAD מידע עם הדפסה ומיקומי שאינם מיועדים להדפסה. כתוצאה מכך, במקום דפוסי מסובך, NFES מתאים להדפסת קווים ישרים באמצעות הדפסה במהירות גבוהה. דפוסי רשת משמשות כמוצג באיור5.

Figure 5
איור 5: תוצאת הדפסה טיפוסי NFES. () לוח זה מציג רשת אופיינית תבנית להדפסה electrospinning. (b) לוח זה מראה את השפעת מהירות ההדפסה על התוצאה ההדפסה. NFES דורש מהירות הדפסה גבוהה עבור שתי מטרות: כדי להקטין את רוחב התבנית, כדי ליישר את דפוסי ההדפסה ביחס כיוון ההדפסה. מאז ההתנהגות jetting צפוי באזור ההדפסה איטית, אזור הדפסה מהירה אמור לשמש על ידי למעט החלקים הלא-ישר-line.

כדי להדפיס תבניות רציף באמצעות NFES, מהירות ההדפסה צריך להיות מהיר יותר 300 מ מ/s כדי ליישר את התבניות המודפסות עם כיוון הדפסה. הדפסה במהירות גבוהה גם מסייעת להשגת רוחב11דפוס דק. יחס הפחתה של רוחב התבנית ביחס המזהה זרבובית יכול להיות יותר מ- 20 x, בהתאם לתנאי ההדפסה. לדוגמה, מזהה זרבובית של 100 מיקרומטר יכול לייצר רוחב דפוס קטן מ- 5 מיקרומטר. אז, NFES היא שיטה יעילה מאוד להשיג דפוסים עדינים מאוד באמצעות דיו בעלי צמיגות גבוהה. עם זאת, דוגמת יושר ורוחב כפופים בקלות הווריאציה מהירות ההדפסה. שימו לב: ישנם האצה בלתי נמנע ואזורים ההאטה איפה מהירות ההדפסה יכול להיות מאוד נמוכה (או אפס) כדי לשנות את כיוון ההדפסה. באזורים האלה, התבניות המודפסות יכול להיות לא אחידה, שאינו מיושר ביחס נע לכיוון. לכן, אנו ממליצים על השימוש התבניות המודפסות ליד האזור במהירות גבוהה בלבד. צריך להיות מושלך התבניות המודפסות ליד אזורים האצה והאטה (נמוך הדפסה מהירות האזורים), כפי שמוצג באיור 5a. במקרים מסוימים, מהירות נמוכה jetting יכול לשמש ליצירת דוגמת מילוי גל. באמצעות מהירות הדפסה נמוכה של פחות מ-100 מ מ/s, הדפוסים יכול להפוך גלי, כפי שמוצג באיור 6. התבנית מסולסל עשוי להיות שימושי ביישומים אלקטרוניקה מתיחה עם זאת, רוחב הקו יכול להגדיל עד יותר מ- 10 מיקרומטר בגלל מהירות ההדפסה נמוך.

Figure 6
איור 6: דוגמה של דפוסי גלי על-ידי שימוש את מהירות ההדפסה נמוך. מהירות הדפסה נמוכה (כ-100 מ מ/s) יכול לייצר קווים גליים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

ביישומים מסוימים ההדפסה, נדרשים דפוסים עדינים במיוחד עם קטן מ- 1 µm רוחב. כדי להשיג תבנית כזאת בסדר, מהירות הדפסה מהר ככל 1 m/s יכול להיחשב. עם זאת, מהירות הדפסה גבוהה מדי עלולה לגרום קווים מנותק (או שבור). אז, בתנאי הדפסה שונים כגון קצב הזרימה, רוחב קו, מהירות ההדפסה, ו stretchability של הפולימר צריך להיות מוטבת על מנת להדפיס תבניות בסדר בלי שום שבירה קו. לדוגמה, איור 7 מציג זרימת שיעור אפקטים על תוצאות ההדפסה כאשר מהירות ההדפסה ואת המתח DC 300 מ מ/s ו- 1,200 V, בהתאמה.

Figure 7
איור 7: דפוס רוחב על פי קצב הזרימה. קצב הזרימה קשורה רוחב התבנית. עם קצב זרימה נמוכה יותר, ניתן לקבל דפוס עדינה יותר. לדוגמה, אם קצב הזרימה ןוזמ µL 50/min, linewidth יהיה גדול עם 34 מיקרומטר. כאשר קצב הזרימה מפחיתה ל µL 1/min ו- 0.1 µL/דקה, עדינה יותר דפוסים עם רוחב של 8 מיקרומטר ו 1 מיקרומטר, בהתאמה, ניתן להשיג. שים לב כי אם קצב הזרימה הוא קטן מדי, צורת הקו יכול להיות שבור ומנותק. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

S1 איור: המתנה מניסקוס צורה בהתאם לתנאים ההדפסה. הצורה הנכונה מניסקוס צריך להישמר לאורך כל תהליך ההדפסה בלחץ אוויר נאותה מתח DC ברקע על מנת לקבל לטוס ההגנה יציב. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

S2 איור: סכימטי של הדפסה electrospinning. הרכיבים להדפסה electrospinning מוצגים. שימו לב כי מתח DC גבוהה היה מוחל על בעל זרבובית לספק מטענים חשמליים כדי הדיו ולייצר את השדה החשמלי שמושכת את הדיו אל המצע. במקרה של NFES, להתנתק המרחק מהקצה זרבובית המצע צריך להיות 1 ~ 3 מ מ להדפסה בקו ישר לאורך כיוון ההדפסה. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ב פרוטוקול זה, אנו מתמקדים הדפסה בסדר דפוסי שימוש בדיו AgNP עם שני מצבים: משרד ההגנה EHD והדפסת NFES. עם זאת, המטוס EHD הדפסה יישום אינה מוגבלת הדיו מוליך באמצעות AgNP. כאן נדון את הנחיות כלליות עבור הבחירה של דיו, לתצורת המערכת ופרמטרים אחרים ההדפסה הדרושים לשימוש סילון EHD הדפסה ליישומים בסדר-דפוס שונים.

הצעד הראשון והחשוב ביותר להדפסה EHD הוא בחירת הדיו והכנות. הדיו המשמשים את הדפסת הזרקת דיו קונבנציונאלי ניתן להשתמש בהדפסה EHD משרד ההגנה. צמיגות של דיו עבור משרד ההגנה מדפסת הזרקת דיו היא בטווח של 1 ~ 50 cP (בדרך כלל 10 cP)14. עם זאת, יצוין כי השיטה פיקוד פניאומטיים להדפסה EHD ההגנה היא שונה מזו של הזרקת דיו קונבנציונאלי משרד ההגנה. מדפסות הזרקת דיו קונבנציונאלי להשתמש לחץ שלילי כדי לשמור על המיקום מניסקוס הפנימי של זרבובית משטח למניעת שדיו טפטוף של זרבובית הרטבה. מצד שני, הדפסה EHD ההגנה משתמש לחץ חיובי, אשר יכול לדחוף את הדיו כדי ליצור של מניסקוס מעוקם. שים לב שאם צמיגות דיו הופך להיות יותר מ-100 cP, אלך להביא את האלונקה היא קשה לשליטה, כי אוויר ואז בקלות ניתן לדחוס במקום לדחוף דיו אל קצה הזרבובית. טווח צמיגות עבור לטוס יכולים להיות תלויים מזהה זרבובית אם זרבובית קטנים ש-ID משמש, צמיגות צריך ויקטן בהתאם כדי לספק את הדיו אל קצה הזרבובית ללא דחיסה יותר מדי אוויר.

מתח הפנים של הדיו חשוב גם לטוס נאותה. מתח הפנים של הדיו צריך להיות בטווח של 20-40 mN/m. אם המתח משטח mN פחות מ-20/m, ריסוס אפקטים ישלוט. אם המתח משטח mN יותר 40/m, זה יהיה קשה לגבש מניסקוס חרוט, אשר יש צורך לטוס EHD נאותה.

Figure 8
איור 8: השפעת מתח EHD לטוס. המתח השטח המומלץ עבור דיו הוא בטווח של 20-40 mN/m. אם המתח השטח הופך נמוך, ההשפעות לריסוס על המצע ישלוט. מצד שני, אם המתח גבוה מדי, לטוס EHD תקין סביר, כי מניסקוס חרוט שקשה להשיג. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

אם מתח הפנים של צבע דפוס mN יותר 40/m, כמות קטנה של חומרים פעילי שטח יכולה להתווסף דיו כדי להפחית את מתח הפנים. עם זאת, השימוש של חומרים פעילי שטח מופרז עלול לגרום התזת דיו על המצע. שימו לב כי הדיו טעון עם הקוטביות כמה יכול לייצר כוח דוחה במהלך הטיסה סילון, וכתוצאה מכך ריסוס על המצע. כדי לצמצם את ההשפעות הריסוס, הפחתת המתח נהיגה או המרחק להתנתק יכול להיחשב.

פרמטר חשוב נוסף עבור לטוס אמין הוא נקודת רתיחה. מאחר המזהה חרירים קטנים מאוד במקרה jet EHD, מניסקוס מעוקם, בלחץ חיובי, בקלות ניתן לייבש, לסתום הזרבובית. כדי לצמצם את כל הדיו מתייבשים. על קצה הצינור, הממס הראשי יש לבחור מבוססת על העובדה לנקודת הרתיחה שלו הוא גבוה יותר מאשר 150 ° C. כדי למנוע סתימת כל עקב אגרגציה, שקול סינון הדיו עם מסננים עם נקבוביות אחד בגודל קטן יותר מזהה זרבובית כמו כן, חלקיקי הדיו צריך להיות קטן יותר מזהה זרבובית לפחות 10 x באופן כללי, הדיו המתאימים הזרקת דיו piezo קונבנציונלי יכול לשמש גם עבור משרד ההגנה EHD הדפסה.

NFES דיו יש צמיגות גבוהה יותר בהשוואה לזו של משרד ההגנה EHD הזרקת דיו. צמיגות צריך להיות בטווח של מספר cP אלף. עבור הדפסה רציף, פתרון פולימר מעורבב עם דיו פונקציונלי. היישום של NFES לאחרונה הוארכה מ סיבים ייצור15,16 ליישומים שונים על ידי ערבוב חומרים פונקציונליים עם פתרון פולימר17. פתרונות פולימרים, פאו ו PVP (פוליוינילפירולידון), ועוד4,5,17,18,19, אשר יש משקל מולקולרי גבוה, משמשים. החשש המרכזי עם NFES הוא לשמר את יכולת הדפסה רציף באמצעות הפולימר בזמן הדיו ממשיך הפונקציונליות של החומר, כגון מוליכות. לכן, יחס ערבוב של הפתרון פולימר בנוגע לחומרים פונקציונלי יש לבחור בקפידה. כמו כן, שלא כמו במקרה של משרד ההגנה, הממס עם נקודת רתיחה נמוכה יותר (פחות מ 100 ° C) בדרך כלל שימש כדי להפוך את הפתרון פולימר.

אף-על-פי דפוס הזרקת דיו קונבנציונאלי יכולים לשמש משרד ההגנה EHD הדפסה, שיטות בקרת לחץ EHD הדפסה שונים של הזרקת דיו קונבנציונאלי. הדפסה EHD משתמש לחץ חיובי כדי לשמור את מניסקוס עם הבלטה של הנחיר, בזמן הזרקת דיו קונבנציונאלי משתמש לחץ שלילי. עבור בקרת לחץ אוויר חיובי, שני סוגים של לחץ לשלוט שיטות – הלחץ ההידרוסטטי ואוויר לחוץ — יכול לשמש, בהתאם הדיו צמיגות ו זרבובית המזהה כמוצג באיור9. עבור זרבובית קטן יותר, לחץ האוויר יותר מאשר הלחץ ההידרוסטטי אמור לשמש כדי לדחוף את הדיו אל קצה הזרבובית. עם זאת, שליטה נכונה של לחץ אוויר יכול להיות קשה כאשר באמצעות דיו צמיגות גבוהה או זרבובית עם מזהה פחות מ 2 מיקרומטר, שכן ניתן לדחוס את האוויר בקלות. מצד שני, אם גודל החרירים יותר מ 50 מיקרומטר, ווריאציות על לחץ האוויר יכול להשפיע על המיקום מניסקוס. אם צמיגות דיו הוא נמוך והוא הזרבובית יותר מ 50 מיקרומטר, הלחץ ההידרוסטטי באמצעות גובה fluidic אמור לשמש כדי לשמור על מיקום מניסקוס עקבית.

Figure 9
איור 9: לחץ על פקד עבור משרד ההגנה לטוס. לחץ חיובי יש צורך לתחזק את מניסקוס מעוקם-מצב המתנה. הלחץ עבור אלך להביא את האלונקה יכול להיות נשלט על ידי הלחץ ההידרוסטטי (באמצעות ההבדל הגובה בין המאגר דיו קצה הנחיר) או באוויר דחוס מ מדחס אוויר. הבחירה של אמצעי הבקרה צריכה שונים לפי צמיגות גודל ודיו זרבובית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

במקרה של NEFS, משאבת מזרק יכול לשמש כדי להאכיל את הדיו הזרבובית מאז הדיו בעלי צמיגות גבוהה לא יכול להיות דחף על ידי לחץ אוויר. שים לב כי הדיו יכול להיות בלחץ, דחוס כאשר זה מסופק קבועה זרימה לדרג באמצעות מזרק משאבה. בנוסף לכך, זמן ניכר ייתכן צורך הדיו דחוס להגיע לזרימה מצב יציב בקצה הצינור. כדי למזער את ההשפעות דיו-דחיסה על הדפסה, צינור המחבר בין המזרק קצה הזרבובית צריך להיות קצר ככל האפשר. כמו כן, הצינור המחבר צריך להיות קשה למזער את ההשפעה הרחבה הנגרמת על ידי הדיו צמיגה לחוץ. כדי למזער את ההשפעות דחיסה של דיו, המזרק צריכה להיות מחוברת אל ציוד הדפסה (שלבים) כדי להפחית את אורך הצינור מתחבר המזרק הזרבובית. למטרה זו, השתמשנו מזרק משאבה אשר ניתן להפריד את המנוע בורג מן הבקר, כפי שמוצג באיור10.

Figure 10
איור 10: מערכת Fluidic electrospinning. מערכת fluidic electrospinning מורכב משני חלקים: מערכת משאבת מזרק, מכלול מזרק-זרבובית. המערכת משאבת מזרק כוללת בקר קצב זרימה ומנוע בורג. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

אחד הפרמטרים החשובים כדי לקבוע את הרוחב של גודל או דפוס נקודה הוא מזהה זרבובית בניגוד לראש דיו קונבנציונאלי, הראש EHD אינו דורש כל מפעילים או ערוצי נוזלים מורכבים. זה דורש רק זרבובית כגון מחט מזרק או זרבובית נימי זכוכית, אשר מחובר למקור מתח גבוה. כאן, גודלו של הצינור שמזהה צריך להיבחר מבוסס על צמיגות דיו, כמו גם את רוחב התבנית. לדוגמה, במקרה של דפוס ההגנה באמצעות צמיגות נמוכה מ-100 cP, המזהה זרבובית צריך להיות פחות מ- 50 מיקרומטר. כדי לקבל הדפסה יציבה ועקבית, מניסקוס מעוקם-מצב המתנה צריכים להישאר באותו מיקום. עם זאת, כאשר זרבובית עם מזהה גדול יותר 50 מיקרומטר וריאציות להשתמש, קלה של לחץ אוויר, נהיגה מתח, להתנתק מרחק יכול בקלות להשפיע על מיקום מניסקוס דיו נמוך נטול צמיגות. שימו לב כי מיקום מניסקוס קשורה לכמות jetting: במיקום נמוך בדרך כלל מייצרת יותר טיפות. כתוצאה מכך, בעת שימוש זרבובית מזהה גדול, זה מאוד קשה להשיג אחידות נקודה לאורך כל תהליך ההדפסה משרד ההגנה. לכן, מודפס הזרבובית שמזהה צריך להיות פחות מ- 10 מיקרומטר, כדי להבטיח אחידות בגודל נקודה. השימוש של זרבובית מזהה קטנים יותר יש את היתרון של נקודות קטנות יותר ההדפסה. לדוגמה, מזהה זרבובית עם מיקרומטר 3 יכול להדפיס נקודות קטן כמו מיקרומטר 3, גודל נקודה ניתן להפחית עוד יותר באמצעות זרבובית עם מזהה קטן יותר כדי להפוך את זרבובית מזהה קטן, נימי זכוכית משמש בדרך כלל, כי הצינור עם המטרה שמזהה. יכול להיות בקלות שבוצעו דרך של פולר תרמי זמין מסחרית. מצד אחר, NFES צריך מזהה זרבובית מהכמות 50 מיקרומטר, להדפיס צמיגות גבוהה (גדול מ- 1,000 cP) דיו. בדרך כלל, זרבובית בעל המזהה 100 מיקרומטר נמצא בשימוש נפוץ להדפסה בסדר-דפוס עם תבנית ברוחב של פחות מ- 5 מיקרומטר. . הנה, מחט מזרק זמינים מסחרית יכול לשמש למטרה זו.

משרד ההגנה EHD סילון והן לטוס NFES, צמיגות דיו יש לקחת בחשבון כדי לבחור מזהה זרבובית בנוסף, מידת הלחץ (או קצב הזרימה) במערכת fluidic ייקבע בהתבסס על צמיגות מזהה ודיו זרבובית. איור 11 מציג את קשרי הגומלין בין שלושה גורמים חשובים: צמיגות דיו, זרבובית גודל, ואת האוויר לחץ (או קצב הזרימה). כמוצג באיור11, בלחץ גבוה והן זרבובית מזהה גדול אמור לשמש בעת שימוש גבוהה נטול צמיגות דיו, ואילו לחץ אוויר נמוך ו זרבובית מזהה קטנים יותר יש להשתמש עבור לטוס נמוך נטול צמיגות דיו.

Figure 11
איור 11: המנחה הבחירה זרבובית ביחס צמיגות ולחץ. איור זה מסביר את הקשר בין זרבובית מזהה, צמיגות, לחץ פנאומטי. לדוגמה, אם דפוס בעלי צמיגות גבוהה, זרבובית גדול יותר ו/או לחץ אוויר גבוה נדרשים, או להיפך. באופן דומה, לשליטה מניסקוס, לחץ אוויר גבוה יותר נדרש בעת שימוש זרבובית עם מזהה קטנים יותר, או להיפך. בכל זאת, לחץ אוויר גבוה לא יכול לדחוף את הדיו כהלכה בין קצה הזרבובית אם מזהה זרבובית הוא קטן מאוד או צמיגות גבוהה מדי כי האוויר יכול בקלות להיות דחוס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

בשעת הדפסה, ייתכן שפשפנו את החלק החיצוני של הצינור מאת הדיו זורם מהקצה זרבובית. בנוכחות משמעותית הרטבה, לטוס שליטה יכול להיות קשה. סיבה אפשרית של הרטבה עשוי להיות מאפיינים דיו פסולים, כגון מתח, או של הגדרה שגויה של פרמטרים כגון מתח DC או לחץ/זרימה של קצב. אם הרטבה על הזרבובית נמשכת, טיפולי שטח למתכות זרבובית ייתכן שיהיה צורך כך השטח זרבובית יכול לקבל תכונות הידרופוביות ביחס דיו.

להדפסה משרד ההגנה, הם שני סוגים שונים של מקורות מתח נדרש7,11: מתח DC ברקע כדי לשמור על הצורה מניסקוס המתנה ולאחר מתח דופק ליצירת משרד ההגנה לטוס. עם זאת, NFES משתמש רק מתח DC להדפיס תבניות מיקרו-קו רציף באמצעות דיו בעלי צמיגות גבוהה מאוד (יותר מ-1,000 cP). במתח DC הנע בין 1 kV 2 kV היה מוחל על המחבר מתכת מוכנס בין הצינור ולתחנת רכבת התחתית בקווינסוואי. כדי להדפיס קו ישר, השתמשנו להתנתק המרחק הקצר של 1 ~ 3 מ מ, וכי הוא הסיבה השיטה נקראת "שדה-" electrospinning (NFES), שבו יש תכונות שונות בהשוואה electrospinning הרחוק-שדות קונבנציונלי12,13 .

פרוטוקול זה, מצע זכוכית שימשו את הניסויים, אלא סוגים שונים של המצע יכול לשמש על פי היישומים. עם זאת, יצוין כי מצעים בעלי מאפיין בידוד גבוה [למשל, terephthalate (PET) פוליאתילן הסרט] צריך רעלני, כגון ציפוי כימיים, כדי להסיר את ההאשמות סטטי חשמלי אשר יכול להיות שהצטברו על פני השטח.

לשימוש של jet EHD ליישומים שונים, ההנחיות הדפסה והכנת מסוכמים בטבלה1.

משרד ההגנה EHD סילון הדפסה ליד שדה electrospinning (הדפסה רציף)
הדרישה דיו טווח צמיגות: 1 ~ 100 cP. צמיגות: 100 cP ~ 10,000 cP.
מתח: 20-40 mN/m. נקודת רתיחה: פחות מ 100 מעלות צלזיוס.
נקודת רתיחה של הממס: יותר מ 150 ° C.
מערכת fluidic גובה נוזל (כוח הידרוסטטי): החרירים בקוטר הפנימי של יותר מ- 50µm. משאבת מזרק עם קצב זרימה מתמדת.
לחץ אוויר: זרבובית עם הקוטר הפנימי פחות מ- 10 מיקרומטר.
דרישה הקוטר הפנימי של הצינור . לא יותר מ- 10 מיקרומטר מומלץ לטוס יציב. יותר מ-100 מיקרומטר יכול לשמש המתבנת דק ברוחב פחות 5µm.
באופן כללי: הקוטר הפנימי עם 5 מיקרומטר ניתן להדפיס על הנקודות בגודל של 5µm.
דרישות מתח מתח DC ברקע: פחות מ-600 V מתח DC: פחות מ-2 kV.
דופק מתח בשביל לטוס: כמה מאות של וולט.
מהירות הדפסה . נמוך, פחות מ-10 מ מ/s. מהר יותר ממ 300/s.
דרישות תוכנה סריקה הדפסה (תמונת bitmap). תבניות רשת פשוטה.
וקטור הדפסה (מידע המבוסס CAD). המתבנת עם דרישה ב- off בלתי אפשרי בגלל הטבע רציף של לטוס.

טבלה 1: הסיכום של הכנה והדפסה של קווים מנחים עבור משרד ההגנה ו jet EHD רציף. הטבלה מסכמת את דרישות והמלצות בסדר המתבנת באמצעות המטוס EHD.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

מחקר זה היה נתמך על-ידי התוכנית מחקר מדעי בסיסי דרך לאומי מחקר קרן של קוריאה (ב- NRF) של קוריאה, במימון משרד החינוך (2016R1D1A1B01006801), ו חלקית נתמך על ידי קרן המחקר של אוניברסיטת Soonchunhyang .

Materials

Name Company Catalog Number Comments
EHD integrated printing system Psolution Ltd., South Korea PS300
Harima Ag Nanoparticle ink Harima Inc., Japan Harima NPS-JL Ag solid content: ~ 53 wt%, Viscosity: ~10 cP, Surface tension: ~30 mN/m
Glass capillary Narishige Scientific Instrument Lab G-1 Inner diameter: 1 mm; Used to make nozzle for DOD EHD jet printing using thermal puller
Nozzle thermal puller Sutter Instrument, USA Sutter P-1000
Microscope Slides (Glass subtrate) Paul-Marienfeld & Co.KG, Germany 10 006 12 Dimension (L x W x T): 76 mm x 26 mm x 1 mm
Magnetic Stirrer Barnstead Thermolyne Corp., USA Cimarec SP131635
Vortex Stirrer Jeiotech, South Korea Lab Companion VM-96T
Ag nanopaste  NPK, South Korea ES-R001 Ag solid content: ~85.5 wt%, Viscosity: ~11000 cP
Poly ethylene oxide (PEO) Sigma-Aldrich, USA 372773-500G Mw = 400000
Ethanol Sigma-Aldrich, USA 459836-500ML

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Onses, M. S., Sutanto, E., Ferreira, P. M., Alleyne, A. G., Rogers, J. A. Mechanisms, Capabilities, and Applications of High-Resolution Electrohydrodynamic Jet Printing. Small. 11 (34), 4237-4266 (2015).
  2. Jaworek, A., Krupa, A. Classification of the modes of EHD spraying. Journal of Aerosol Science. 30 (93), 873-893 (1999).
  3. Lee, A., Jin, H., Dang, H. W., Choi, K. H., Ahn, K. H. Optimization of experimental parameters to determine the jetting regimes in electrohydrodynamic printing. Langmuir. 29 (44), 13630-13639 (2013).
  4. Sun, D., Chang, C., Li, S., Lin, L. Near-field electrospinning. Nano Letters. 6 (4), 839-842 (2006).
  5. Pan, C. -T., Tsai, K. -C., Wang, S. -Y., Yen, C. -K., Lin, Y. -L. Large-Area Piezoelectric PVDF Fibers Fabricated by Near-Field Electrospinning with Multi-Spinneret Structures. Micromachines. 8 (4), (2017).
  6. Mishra, S., Barton, K. L., Alleyne, A. G., Ferreira, P. M., Rogers, J. A. High-speed and drop-on-demand printing with a pulsed electrohydrodynamic jet. Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (9), (2010).
  7. Kwon, K. S., Lee, D. Y. Investigation of pulse voltage shape effects on electrohydrodynamic jets using a vision measurement technique. Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (6), (2013).
  8. Chen, C. H., Saville, D. A., Aksay, I. A. Scaling laws for pulsed electrohydrodynamic drop formation. Applied Physics Letters. 89, (2006).
  9. Sung, K., Lee, C. S. Factors influencing liquid breakup in electrohydrodynamic atomization. Journal of Applied Physics. 96 (7), 3956-3961 (2004).
  10. Kim, J. H., Oh, H. C., Kim, S. S. Electrohydrodynamic drop-on-demand patterning in pulsed cone-jet mode at various frequencies. Journal of Aerosol Science. 39 (9), 819-825 (2007).
  11. Phung, T. H., Kim, S., Kwon, K. S. A high speed electrohydrodynamic (EHD) jet printing method for line printing. Journal of Micromechanics and Microengineering. 27, (2017).
  12. Teo, W. E., Ramakrishna, S. A review on electrospinning design and nano fiber assemblies. Nanotechnology. 17, R89-R106 (2006).
  13. Tang, Y., et al. Highly relective nanofiber films based on electrospinning and their application on color uniformity and luminous efficacy. Optics Express. 25, 20598-20611 (2017).
  14. Huebner, G. Comparing inkjet with other printing processes and mainly screen printing. Handbook of Industrial Inkjet Printing - A Full System Approach. Zapka, W. 1, Wiley-VCH Pubs. 7-22 (2018).
  15. Li, M., et al. Electrospun protein fibers as matrices for tissue engineering. Biomaterials. 26, 5999-6008 (2005).
  16. Bhardwaj, N., Kundu, C. S. Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique. Biotechnology Advances. 28, 325-347 (2010).
  17. He, X., et al. Near-Field Electrospinning: Progress and Applications. The Journal of Physical Chemistry C. 121, 8663-8678 (2017).
  18. Yang, T. L., et al. Synthesis and fabrication of silver nanowires embedded in PVP fibers by near-field electrospinning process. Optical Materials. 39, 118-124 (2015).
  19. Chang, C., Limkrailassiri, K., Lin, L. Continuous near-field electrospinning for large area deposition of orderly nanofiber patterns. Applied Physics Letters. 93 (12), (2008).

Tags

בביו-הנדסה גיליון 137 Electrohydrodynamic EHD ירידה לפי דרישה ההדפסה משרד ההגנה שדה-electrospinning NFES הזרקת דיו בסדר תכנים הדפסה
ברזולוציה גבוהה תכנים באמצעות שני מצבים של Electrohydrodynamic סילון: ירידה על הביקוש, שדה-Electrospinning
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Phung, T. H., Oh, S., Kwon, K. S.… More

Phung, T. H., Oh, S., Kwon, K. S. High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning. J. Vis. Exp. (137), e57846, doi:10.3791/57846 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter