采用两种 Electrohydrodynamic 射流的高分辨率模式: 需求下降和近场静电纺丝

电动流体喷射打印是一种非接触式、直接图案化的方法，可用于印刷电子、先进材料、生物技术等各个领域。电动流体喷射打印方法使用高电场将带电墨水拉到基材上。为此，使用流体系统将墨水推向喷嘴，并使用高压电源产生电场。

与传统的喷墨打印方法相比，这种技术的主要优点是可用于打印非常小的点或图案。基于电气和流体配置，可以实现三种不同的按需喷墨打印、静电纺丝和电喷雾模式。对于精细图形化，我们将重点介绍 DOD 和近场电泳。

DOD 使用直流电压和脉冲电压进行喷射，而近场静电纺丝仅使用直流电压进行喷射。个人知道这种方法很难获得正确的喷射，因为它更需要特定的东西和不同的打印笔方法，例如电压、喷嘴、打印速度和站立距离。勇敢的学生 Mr.Oh 将演示使用银纳米粒子墨水的按需喷墨和近场静电纺丝，以帮助个人了解打印处理器。

对于按需喷墨打印，首先用过滤后的银色纳米颗粒墨水填充电动流体喷射打印机的墨水储存器。然后，从玻璃移液器准备喷嘴，如随附的文本协议中所述。通过特氟龙管将喷嘴连接到储墨盒，组装喷嘴支架。

接下来，打开气压控制器，向墨水储存器施加 15 至 20 KB 的气压。监控墨水流经玻璃喷嘴和管道的情况，以确保在供应墨水时没有空气滞留。继续向储液槽施加气压，直到墨水出现在喷嘴的尖端。

在墨水出现在喷嘴尖端之前，不要降低压力，因为这可能会导致气泡滞留在喷嘴处。一旦墨水出现在喷嘴的尖端，将压力降低到 12 千帕斯卡左右。这将保持挤出的弯液面，而不会从喷嘴的尖端滴落任何墨水。

然后，将组装好的喷嘴头固定在打印系统中。使用侧视摄像头观察喷嘴尖端和基板之间的间隙，移动载物台的 Z 轴以将间隙调整到大约 100 微米。较小的间隙会导致较高的电场，这可以促进以较低的脉冲电压进行喷射打印。

但是，如果电压调整不当，较小的间隙也可能导致更大的压降。此时，在开始施加直流和脉冲电压的同时监测喷嘴处的墨水。以一次小于 100 伏的增量逐渐增加直流电压。

一旦墨水开始从喷嘴滴落，请稍微降低直流电压，直到墨水停止从喷嘴滴落。接下来，设置一个负脉冲电压，上升时间等于 0 到 100 微秒，驻留时间等于 300 微秒，下降时间等于 0 微秒。然后，在基板支架上施加负脉冲电压。

现在，调整脉冲电压的大小，使每个脉冲产生一个液滴。然后，调整直流背景和脉冲电压以获得基板上的目标液滴尺寸，同时在侧视相机图像中观察基板上的喷射点。首先，在打印软件的打印选项卡中加载一个位图图像，并将其转换为二进制图像。

然后，设置二进制图像打印的参数。例如，将两个液滴之间的距离或液滴间隔设置为 10 微米。设置完成后，在基材的目标位置使用选定的位图开始打印。

要准备矢量打印，请将图案的 CAD 信息加载到打印软件中。然后，设置打印参数，例如打印速度和网点间距。设置参数后，开始打印。

要进行近场静电纺丝，首先准备特殊配方的银纳米糊剂墨水。为此，将三份乙醇和一份去离子水混合，制成 12 毫升溶剂。然后，将 0.3 克聚环氧乙烷和 9.7 克制备的溶剂混合，制成 3% 重量的聚合物溶液。

使用磁力搅拌器，在室温下搅拌，将溶液充分混合 6 小时以上。准备好溶剂后，将 5 份银纳米糊剂墨水与 1 份准备好的聚合物溶液混合。使用涡旋混合器将两者混合，混合 10 分钟以正确悬浮墨水。

接下来，将准备好的墨水填充到注射器中，并通过特氟龙连接管将注射器连接到喷嘴。通过手动推动注射器将墨水供应到喷嘴。当墨水到达喷嘴时，将注射器安装到连接到打印系统的注射泵中。

作注射泵以产生初始流速为每分钟 50 微升的墨水流。当墨水从喷嘴尖端流出时，将流速降低到每分钟 1 微升。接下来，将直流电压源施加到喷嘴连接器上，同时将接地电压连接到基板支架。

将直流电压逐渐增加到 1.5 千伏。直流电压可以提高到 2 kV。但是，应避免使用高于 2 KB 的直流电压，因为它可能会损坏油墨。

设置完成后，以每秒 300 毫米的打印速度开始空闲打印至少 10 分钟，以获得稳态流。这是必需的，因为粘性墨水可能会在较长的管子中被压缩。在空闲打印期间调整打印参数，例如直流电压和流速，以获得所需的打印效果。

最后，使用现在定义的打印参数在承印物上打印您选择的图案。基于点的按需喷墨打印和光栅打印使用单个轴在主方向上打印点，然后移动到子方向的下一个条带。此光栅图像的液滴大小约为 4 微米。

相比之下，矢量模式下的基于点的按需喷墨打印在 X 和 Y 方向上同时移动，并用于打印线条。生成的图像的线宽为 4 微米。近场静电纺丝使用高粘度油墨连续打印模型。

因此，这种方法适用于使用高打印速度打印直线，并且对打印速度的变化很敏感。设计中应包括可丢弃的慢速区域，以确保所需区域中的线宽一致。在某些情况下，通过使用低于每秒 100 毫米的低打印速度，可以使用低喷射速度来生成波形。

图案可能会变成波浪形，如下所示。这种类型的波浪图案在可拉伸电子应用中可能很有用。开发后，这项技术为研究人员为其特定应用制作精细图案铺平了道路。

请注意，这种印刷方法不仅限于银纳米粒子油墨，还可以用于各种油墨的其他应用。在尝试此过程时，请务必记住使用适当的油墨进行打印。请参阅本文正文中提供的油墨选择一般准则。

请务必根据您的墨水选择和应用调整打印参数。不要忘记，使用化学品、高压和高压可能很危险，因此在执行此程序时应始终采取预防措施。