Name: Alta resolución patrones usando dos modos de electrohidrodinámicos Jet: caída en la demanda y Electrospinning de campo cercano (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 16 s
Description: Aprende a imprimir patrones conductores de alta resolución mediante electrohidrodinámica con los modos DOD y NFES. Este protocolo detalla la configuración del sistema fluido y el suministro de alto voltaje para aplicaciones en electrónica impresa.

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Esta investigación fue apoyada por el programa de investigación de ciencia básica a través de la nacional investigación Fundación de Corea (NRF) de Corea, financiado por el Ministerio de Educación (2016R1D1A1B01006801) y parcialmente financiada por el fondo de investigación de la Universidad Soonchunhyang .

Fines de salud y seguridad, antes de usar cualquier tinta y solución, consulte la hoja de datos de seguridad del material (MSDS).
1. drop-on-demand electrohidrodinámicos Jet impresión con tinta de nanopartículas de plata
<ol><li>Llene la tinta filtrada nanopartículas de plata (AgNP) en el depósito de tinta del sistema de impresión de EHD. Nota: Disponible en el mercado tinta AgNP puede utilizarse para el propósito de inyección de tinta. La tinta debe tener una viscosidad de alrededor de 10 cP y una tensión superficial de 20 ~ 40 mN/m para obtener el chorro de drop-on-demand.</li>
	<li>Hacer una boquilla para la impresión de DOD EHD utilizando un extractor térmico.<ol>
<li>Coloque un vaso capilar diámetro interno (ID) de 1 mm en el tirador de la térmico.</li>
		<li>Configurar los parámetros del extractor térmico; por ejemplo, la temperatura en el rango de 580-590 ° C y tirar velocidad de 18 m/s. Nota: Los parámetros para el extractor térmico deben diferenciarse según el ID de boquilla de destino y las condiciones ambientales.</li>
		<li>Funcionar el extractor térmico con los parámetros establecidos para aplicar calor en el centro del tubo capilar y tire de ambos de sus extremos para hacer una boquilla con un ID de 5 μm. Nota: Determine el tamaño de la identificación del inyector basado en el tamaño de punto blanco sobre el sustrato. Para referencia, la identificación de boquilla de 5 μm podría imprimir 5 puntos μm de tamaño.</li>
		<li>Ajuste la longitud de la boquilla de vidrio cortando el cristal boquilla mediante un cortador de vidrio.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Montar la boquilla para el soporte de la boquilla y el conector, que están conectados con la tinta depósito a través de politetrafluoroetileno (PTFE) tubería.</li>
	<li>Aplique la presión de aire para suministrar la tinta a la punta de la boquilla.<ol>
<li>Encienda el regulador de presión de aire y aplique presión de aire de 15 ~ 20 kPa para el depósito de tinta para suministrar la tinta a la punta de la boquilla. Controlar el flujo de tinta a través de la boquilla de cristal transparente y la tubería para asegurarse de que no hay aire está atrapado dentro del tubo y la boquilla de suministro de la tinta. Mantener aplicando presión de aire en el depósito de tinta hasta que la tinta aparezca en la punta de la boquilla. Nota: No reduzca la presión antes de que la tinta aparezca en la punta de la boquilla ya podría causar el atrapamiento de burbujas de aire en la punta de la boquilla.</li>
		<li>Reducir la presión a 12 kPa para mantener el menisco extruido sin cualquier tinta que gotea de la punta de la boquilla. Nota: La presión de aire adecuada depende de la viscosidad de la tinta y tamaño de boquilla. No aumentan la presión del aire a más de 30 kPa para evitar la compresión de aire excesiva, que no es deseable para mantener el menisco en una condición estable.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fijar la cabeza del inyector montado en el sistema de impresión.</li>
	<li>Colocar un sustrato de vidrio sobre el mandril vacío del soporte del sustrato y encienda la bomba de vacío para mantener el sustrato.</li>
	<li>Mover la etapa z para ajustar la distancia de soporte (H) — la distancia entre la punta de la boquilla y la posición del sustrato, a aproximadamente 100 μm. Utilice el lado-ver imagen adquirida por la cámara de vigilancia para estimar la distancia de enfrentamiento mediante el uso de la distancia de la punta de la boquilla a su reflexión, como se muestra en la figura 2. Nota: Una distancia más pequeña de soporte conduce a un mayor campo eléctrico, que podría facilitar la impresión de una baja tensión DC y pulso para echar en chorro. Sin embargo, una menor distancia stand-off podría conducir a las gotas más grandes. Por lo tanto, debe reducirse en consecuencia la magnitud de voltajes para obtener el tamaño de punto deseado. En general, el uso de una tensión más baja se recomienda para obtener pequeños impresos puntos con menos de rociadura. Sin embargo, una operación cuidadosa se requiere si la distancia de enfrentamiento se convierte en menos de 50 μm, debido a la mayor probabilidad de rotura de la boquilla por la colisión con el sustrato. Teniendo en cuenta la relación de equilibrio entre fiabilidad y capacidad de limpieza a chorro, recomendamos el uso de una distancia de stand-off de 100 μm.</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig2.jpg"> Figura 2: Stand-off ajuste de distancia mediante el uso de imágenes de cámara vista. La imagen de la boquilla de una cámara puede utilizarse para estimar la distancia de enfrentamiento. El enfrentamiento distancia (H) de la punta de la boquilla al substrato se puede calcular fácilmente como la mitad de la distancia desde la punta de la boquilla a su sombra. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<ol start="8"><li>
Aplicar Voltajes de DC y de pulso Nota: Los voltajes DC y pulso pueden ser controlado vía el software de impresión.<ol>
<li>Aumentar gradualmente la tensión hasta las gotas de tinta de la punta de la boquilla. Nota: No aplique la tensión de objetivo a la vez. La tensión incremental debe ser menos de 100 V a la vez. En general, no aplique una tensión de más de 600 V.</li>
		<li>Reducir el voltaje de DC ligeramente desde el inicio, el voltaje de C.C. hasta que no se observe ninguna tinta más goteo de la boquilla. Nota: Después del ajuste de la presión neumática y el voltaje de C.C., el menisco debe ser en una forma apropiada para echar en chorro como se muestra en Suplementario figura S1.</li>
		<li>Establece un voltaje del pulso negativo con los parámetros de tsubida = 0 ~ 100 μs, tMoran = 300 μs y tcaen = 0 μs7 (figura 3) en el menú del software.</li>
		<li>Aplicar la tensión de pulso negativo en el soporte del sustrato. Luego, ajustar la magnitud de la tensión del pulso,pulsode V, para producir una gota por voltaje del pulso individual. Nota: La magnitud de la tensión del pulso negativo, Vpulso, debe ser inferior a 600 V.</li>
		<li>Ajustar las tensiones de fondo y pulso de DC para obtener el tamaño de la gota de blanco sobre el sustrato mientras observa los puntos de hidromasaje en el sustrato de la imagen de cámara de vista lateral. Nota: Para producir pequeños puntos con menos de rociadura en el substrato, la magnitud de la tensión del pulso,pulsode V, debe ser tan baja como sea posible.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig3.jpg"> Figura 3: pulso de tensión para DOD EHD chorro. Se recomienda el uso de tensión de forma de onda trapezoidal para producir DOD EHD chorro7. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<ol start="9"><li>
Patrones de la impresión Nota: Dos tipos de patrones se pueden utilizar para la impresión de DOD EHD: (CAD) y la imagen de mapa de bits-basado en información de vector. Imagen de mapa de bits ha sido ampliamente utilizado en la impresión de inyección de tinta DOD-basado. Sin embargo, en el caso de aplicaciones de la electrónica impresa, información de vector basado CAD tiene ventajas sobre la impresión de inyección de tinta DOD-basado, porque es eficiente en la impresión basada en la línea con una sola cabeza de EHD. Al mismo tiempo, la información de vector puede transformarse en una imagen de mapa de bits para la impresión de imagen de mapa de bits.<ol>
<li>
Impresión de la imagen de mapa de bits
		<ol>
<li>Cargar una imagen de mapa de bits en la ficha impresión del software de impresión y convertirlo en una imagen binaria.</li>
			<li>Definir los parámetros para la impresión de la imagen binaria. Por ejemplo, establecer el intervalo de caída (es decir, la distancia entre 2 píxeles consecutivos) en 10 μm. Nota: La imagen de mapa de bits no tiene ningún dimensiones físicas. Las dimensiones físicas de la imagen impresa estará relacionado con el intervalo de caída. Por ejemplo, la imagen impresa se hace más grande si se utiliza un intervalo más grande de la gota. En la impresión convencional de inyección de tinta, puntos por pulgada (DPI) se ha utilizado comúnmente para este propósito. Sin embargo, debe señalarse que un PPP más pequeño significa un intervalo más grande de la gota. Para determinar el intervalo de caída, se debe considerar el tamaño de punto impreso. En general, el intervalo de gota para la impresión de DOD EHD es significativamente más pequeño que el de la impresión convencional de inyección de tinta.</li>
			<li>Iniciar la impresión usando el mapa de bits seleccionado en la ubicación de destino en el sustrato.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Impresión del vector basada en la información de CAD
		<ol>
<li>Cargar la información de CAD para la impresión. Nota: El formato de archivo DXF, que es información de CAD basado en texto, puede utilizarse para la información sobre la impresión.</li>
			<li>Establecer los parámetros para la impresión del vector; por ejemplo, establecer el intervalo de caída a 3 μm y el chorro frecuencia de 10 Hz. Nota: Para imprimir los patrones de la línea conectada, el intervalo de caída debe ser elegido que contiguamente depositado gotas se superponen ligeramente. Sin embargo, demasiada superposición puede resultar en un mayor ancho de línea. Una superposición de aproximadamente el 30% se recomienda para cualquier impresión de línea práctica. En el caso de vector de impresión, la velocidad de movimiento (v) la siguiente ecuación. v = f × d Aquí, d = el intervalo de caída, y f = la frecuencia de la limpieza a chorro.</li>
			<li>Imprimir los patrones de carga en el sustrato usando parámetros de impresión predeterminados, como el intervalo de caída, la velocidad de impresión, la tensión, etc. Nota: Después de la impresión, podría ser necesario un proceso de sinterización para obtener la conductividad deseada de los estampados, que está fuera del alcance de este documento.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. finos patrones de línea conductora mediante Electrospinning de campo cercano
<ol><li>Hacer campo cercano electrospinning (NFES) tinta para la impresión de línea conductora.<ol>
<li>Mezcla de etanol y agua desionizada (DI) con una relación de volumen de 3 (etanol) a 1 (agua desionizada) para preparar el disolvente 1. Por ejemplo, mezclar 9 ml de etanol y 3 ml de DI agua para hacer 12 ml de solvente 1.</li>
		<li>Mezclar 0,3 g de poli (óxido de etileno) (PEO, Mwt = 400.000) y 9,7 g de solvente preparado 1 para hacer una solución de polímero con 3% en peso de PEO por agitación utilizando un agitador magnético durante más de 6 h a temperatura ambiente (25 ° C).</li>
		<li>Mezcla Ag nano goma de tinta, que tiene una viscosidad de aproximadamente 11.000 cP y la solución de polímero preparado, con una proporción de peso de 5 (Ag nano pasta de tinta) a 1 (solución de polímero) utilizando un mezclador de tipo vórtex durante 10 minutos para obtener la tinta NFES. Por ejemplo, 10 g de Ag nano goma tinta y 2 g de solución de polímero puede ser mezclado para obtener la tinta NFES. Nota: En el presente Protocolo, la relación de los materiales de mezcla es generalmente más importante que la cantidad específica de los materiales. Comercialmente disponible nano Ag pasta tinta fines pantalla impresión, que tiene contenido sólido Ag de unos 85,5% en peso, puede ser utilizado para este propósito. Tenga en cuenta que la selección del solvente y el polímero podría diferir en base a la composición de la tinta que se utiliza.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Llene la tinta NFES preparada en la jeringa.</li>
	<li>Conecte la jeringa con una boquilla por el tubo de conexión. Nota: Puede utilizarse una aguja de jeringuilla disponible en el mercado con un ID de 100 μm para la boquilla.</li>
	<li>Fuente de la tinta a la boquilla presionando la jeringa manualmente.</li>
	<li>Instalar la jeringa en el motor de la jeringa, que se adjunta para el sistema de impresión.</li>
	<li>Colocar un sustrato en el plato vacío y encienda la bomba de vacío para mantener el sustrato durante la impresión.</li>
	<li>Control de la posición Z (etapa) para ajustar la distancia de enfrentamiento. Nota: La distancia recomendada de soporte debe ser alrededor de 2 mm, que es perceptiblemente más pequeña enfrentamiento distancia comparada con uno usado con electrospinning convencional.</li>
	<li>
Ajustar el flujo
	<ol>
<li>Haga funcionar la bomba de jeringa para rellenar la tinta en la boquilla NFES y generar un flujo de tinta con un caudal inicial de 50 μl/min, que es mayor que la tasa de flujo blanco.</li>
		<li>Fijar un objetivo de caudal de 1 μl/min cuando la tinta se sale de la punta de la boquilla. Nota: Un caudal más pequeño puede resultar en un modelo más pequeño de ancho. Sin embargo, puede provocar rotura de la línea. La relación inversa entre el grosor de línea y la continuación de la línea se debe considerar cuando se determina la tasa de flujo blanco.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Aplique tensión
	<ol>
<li>Conecte la fuente de voltaje de CC en el conector de la boquilla y conectar la tensión de tierra para el soporte del sustrato.</li>
		<li>Aumentar la tensión gradualmente a 1,5 kV. Nota: Puesto que la distancia de enfrentamiento está en el rango de unos pocos milímetros, la tensión podría aumentar hasta 2 kV, que es mayor que de DOD EHD jet impresión. Sin embargo, una tensión superior a 2 kV debe evitarse ya que puede dañar el material funcional, especialmente Ag pasta tinta, agregar a la solución de polímero. En general, una tensión más baja se recomienda cuando se requiere una línea impresa más fina. Sin embargo, las líneas impresas podrían ser fácilmente desconectadas cuando se usa un bajo voltaje, porque la fuerza de tracción para la impresión de tinta continua se relaciona con la tensión de CC. Teniendo en cuenta las ventajas y desventajas, recomendamos el uso de una tensión desde 1 kV 2 kV.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Iniciar la impresión inactiva con una velocidad de impresión de 300 mm/s por más de 10 min obtener un flujo de estado estacionario. Ajustar los parámetros de impresión como la tasa de flujo y voltaje DC durante la impresión inactiva para obtener los resultados de impresión deseados. Nota: Impresión de inactividad de más de 10 minutos es necesaria para obtener un flujo de estado estacionario porque la tinta viscosa puede ser comprimida en la tubería larga durante la entrega de la tinta a la punta de la boquilla. Sin impresión en ralentí, la anchura de la línea impresa puede cambiar con el tiempo. El ralentí de impresión, por lo tanto, debe lo mismo que la velocidad real de impresión para que los parámetros que echa en chorro se pueden ajustar durante la impresión. De esta manera, la tensión se ajusta durante la impresión inactiva para obtener el ancho de la línea de meta. Tenga en cuenta que la tasa de flujo y voltaje DC deben ser equilibrados, por lo que la cantidad de tinta impulsada por la bomba de la jeringuilla puede ser igual a la cantidad de tinta tirada hacia abajo por el campo eléctrico.</li>
	<li>Elija el patrón de la impresión, como una línea y red de patrones continuos. Nota: Puesto que la fibra producida puede ser desviada fácilmente y puede ser depositada al azar debido a la fuerza de repulsión de carga generada por las líneas impresas, la velocidad de impresión debe ser mayor a 300 mm/s para alinear el patrón con las instrucciones de impresión y la espaciado entre las líneas impresas se recomienda que más de 100 μm para imprimir los patrones ceñidor o línea.</li>
	<li>Imprimir el patrón seleccionado en el sustrato utilizando parámetros predeterminados de impresión. Nota: Un proceso de sinterización podría ser necesario para obtener las funciones objetivo de los patrones impresos, que está fuera del alcance de este documento.</li>
</ol>

<ol><li>Onses, M. S., Sutanto, E., Ferreira, P. M., Alleyne, A. G., Rogers, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms%2C+Capabilities%2C+and+Applications+of+High-Resolution+Electrohydrodynamic+Jet+Printing%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Mechanisms, Capabilities, and Applications of High-Resolution Electrohydrodynamic Jet Printing.</a> Small. 11 (34), 4237-4266 (2015).</li>
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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

En este protocolo, nos centramos en patrones finos usando tinta de AgNP con dos modos de impresión: impresión de DOD EHD y NFES. Sin embargo, el jet EHD impresión aplicación no se limita a la tinta conductiva mediante AgNP. Aquí, discutimos los lineamientos generales para la selección de la tinta, la configuración del sistema y otros parámetros de impresión necesarias para utilizar jet EHD para los varios usos del fino-patrón de impresión.
El primer y más importante paso para la impresión de E...

Impresión de chorro de EHD ha sido ampliamente utilizada en diferentes áreas como la electrónica impresa, biotecnología y aplicaciones avanzadas de material, ya que es capaz de alta resolución y bajo costo directo patrones1. El ancho de la línea impresa o tamaño de punto impreso puede reducirse a 1 μm, que es significativamente menor que el del convencional basado en el piezoeléctrico de inyección de tinta impresión1.
En la impresión de EHD, una pequeña porción de tinta (o menisco) es empujada fuera de la punta de la boquilla y mantenida mediante el control de la tasa de flujo de2,1,3,4,5 o la presión de aire positiva1 ,6,7. El menisco extruido está cargado y puede fácilmente tirar hacia abajo desde la punta de la boquilla al sustrato por un campo eléctrico, como se muestra en la figura 1. El menisco cónico se forma durante la inyección, produciendo una corriente de tinta mucho más fina que el tamaño de la boquilla.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig1.jpg"> Figura 1: impresión de EHD. La figura muestra el principio de la impresión del chorro de EHD. Tinta es empujada por la presión y tiró a través de un campo eléctrico para formar un menisco sacada de la boquilla. Entonces, la tinta cargada puede ser fácilmente chorro al sustrato a través de un DC o voltaje del pulso. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
A pesar de que una sola impresora EHD puede utilizarse de dos modos diferentes, cerca de campo electrospinning (NFES) y jet EHD (DOD) drop-on-demand de la impresión, los métodos de realización significativamente diferencian en cuanto a la tinta, el sistema fluídico y conducción voltaje1 , 2 , 3. por ejemplo, NFES4,5 utiliza una tinta relativamente alta viscosidad [más de 1.000 centipoises (cP)] para formar patrones continuos de la línea de micro con alta velocidad de impresión hasta 1 m/s. Por otro lado, DOD EHD jet impresión6,7,8 utiliza tinta de baja viscosidad con una viscosidad de alrededor de 10 cP para imprimir patrones complejos basados en el punto con una impresión de baja velocidad menos de 10 mm/seg.
Puesto que el requisito para cada modo es significativamente diferente, puede ser un reto para los investigadores sin experiencia lograr los resultados deseados. El "conocimiento empírico" puede ser importante en la práctica. Para ayudar a los investigadores a acostumbrarse a los métodos de impresión, presentamos EHD protocolos para patrones conductor fino con tinta de nanopartículas de Ag de la impresión. Sin embargo, hemos añadido comentarios a los protocolos para que no se limitan a una conductora dibujos con tinta de nanopartículas de Ag. Por último, impresión y preparación de las directrices se presentan en la sección de discusión.

<table><tbody><tr><td>Sistema de impresión integrado EHD</td><td>Psolution Ltd., Corea del Sur</td><td>PS300</td><td></td></tr><tr><td>Harima Ag Tinta de nanopartículas</td><td>Harima Inc., Japón</td><td>Harima NPS-JL</td><td>Ag contenido sólido: ~ 53 % en peso, Viscosidad: ~ 10 cP, Tensión superficial: ~30 mN/m</td></tr><tr><td>Capilar de vidrio</td><td>Narishige Scientific Instrument Lab</td><td>G-1</td><td>Diámetro interior: 1 mm; Se utiliza para fabricar boquillas para la impresión por chorro DOD EHD con extractor térmico</td></tr><tr><td>Extractor térmico de boquilla</td><td>Sutter Instrument, EE. UU.</td> Portaobjetos de microscopio <td>Sutter P-1000</td><td></td></tr><tr><td>(sustrato de vidrio)</td><td>Paul-Marienfeld & Co.KG, Alemania</td><td>10 006 12</td><td>Dimensiones (largo x ancho x alto): 76 mm x 26 mm x 1 mm</td></tr><tr><td>Agitador magnético</td><td>Barnstead Thermolyne Corp., EE. UU</td>. <td>Cimarec SP131635</td><td></td></tr><tr><td>Agitador</td> <td>de vórticeJeiotech, Corea del Sur</td><td>Laboratorio Compañero VM-96T</td><td></td></tr><tr><td>Ag nanopaste&nbsp;</td><td>NPK, Corea del Sur</td><td>ES-R001</td><td>Ag Contenido sólido: ~85.5 % en peso, Viscosidad: ~11000 cP</td></tr><tr><td>Óxido de polietileno (PEO)</td><td>Sigma-Aldrich, EE. UU</td>. <td>372773-500G</td><td>Mw = 400000</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Sigma-Aldrich, EE. UU</td>. <td>459836-500ML</td><td></td></tr></tbody></table>

alta resolución patrones usando dos modos de electrohidrodinámicos jet: caída en la demanda y electrospinning de campo cercano

High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning

Impresión electrohidrodinámicos (EHD) jet ha llamado la atención en diversos campos ya que puede ser utilizado como una herramienta de modelar directo de alta resolución y bajo costo. Impresión de EHD utiliza un proveedor de neumático para mantener el menisco sacado empujando la tinta fuera de la punta de la boquilla. El campo eléctrico se utiliza entonces para sacar el menisco hasta el sustrato para producir patrones de alta resolución. Dos modos de impresión de EHD se han utilizado para modelar fina: electrospinning continuo de campo cercano (NFES) e impresión de EHD (DOD) drop-on-demand basada en punto. Acuerdo con el modos de impresión, los requisitos para la viscosidad de tinta y equipo de impresión serán diferente. A pesar de dos modos diferentes pueden aplicarse con una sola impresora EHD, los métodos de realización significativamente diferencian en términos de tinta, sistema fluídico y tensión motriz. En consecuencia, sin una correcta comprensión de los requisitos y limitaciones que echa en chorro, es difícil obtener los resultados deseados. El objetivo de este trabajo es presentar una guía para que los investigadores inexpertos pueden reducir los esfuerzos de prueba y error para utilizar el jet EHD para sus específico fines de investigación y desarrollo. Para demostrar la aplicación de fino diseño, utilizamos tinta de nanopartículas de Ag para los patrones conductores en el protocolo. Además, también presentamos las pautas impresión generalizadas que pueden ser utilizadas para otros tipos de tinta para varias aplicaciones de fino diseño.

Impresión de drop-on-demand basada en punto: Impresión de DOD se basa en una gotita chorro por un disparador que echa en chorro. Para producir DOD, chorro de tinta de baja viscosidad con una viscosidad de aproximadamente 10 cP debe utilizarse. El requisito de la tinta para la impresión de DOD EHD es similar a la de la tinta DOD convencional, como es el método de impresión de EHD para la tinta convencional de DOD. En el caso de impresión de inyección de tinta convencion...

Aquí, presentamos un protocolo para producir patrones conductores alta resolución usando electrohidrodinámicos (EHD) jet impresión. El protocolo incluye dos modos de impresión de chorro de EHD: el electrospinning continuo de campo cercano (NFES) y la impresión basada en punto drop-on-demand (DOD) EHD.

Alta resolución patrones usando dos modos de electrohidrodinámicos Jet: caída en la demanda y Electrospinning de campo cercano

Electrohydrodynamic (EHD) jet printing has drawn attention in various fields because it can be used as a high-resolution and low-cost direct patterning ...

La impresión electrohidrodinámica por chorro es un método de modelado directo sin contacto que se puede utilizar en diversos campos, como la electrónica impresa, los materiales avanzados, la biotecnología, etc. El método de impresión por chorro electrohidrodinámico utiliza un alto campo eléctrico para arrastrar la tinta cargada al sustrato. Para ello, se utiliza un sistema fluídico para empujar la tinta a la boquilla, y se utiliza una fuente de alimentación de alto voltaje para producir el campo eléctrico.La principal ventaja de esta técnica es que se puede utilizar para imprimir puntos o patrones muy pequeños, en comparación con el método convencional de impresión por inyección de tinta. En función de las configuraciones eléctricas y fluídicas, se pueden implementar tres modos diferentes de impresión bajo demanda, electrohilado y electropulverización. Para el modelado fino, nos centraremos en el DOD y la electropsinación de campo cercano.El DOD utiliza tanto el voltaje de CC como el voltaje de pulso para la inyección, mientras que el electrohilado de campo cercano utiliza solo voltaje de CC para la inyección. Las personas sabían que este método tendría dificultades para lograr una inyección adecuada porque requiere más cosas específicas y diferentes métodos de bolígrafo de impresión, como el voltaje, la boquilla, la velocidad de impresión y la distancia de pie. El valiente estudiante Mr.Oh demostrará tanto el electrohilado de gota a demanda como el electrohilado de campo cercano utilizando tinta de nanopartículas de plata, con el fin de ayudar a las personas a comprender los procesadores de impresión.Para la impresión bajo demanda, primero llene el depósito de tinta de la impresora de chorro electrohidrodinámico con tinta de nanopartículas de plata filtrada. A continuación, prepare la boquilla con una pipeta de vidrio, como se describe en el protocolo de texto adjunto. Ensamble el soporte de la boquilla conectando la boquilla al depósito de tinta a través de un tubo de teflón.A continuación, encienda el controlador de presión de aire y aplique una presión de aire de 15 a 20 kilopascales al depósito de tinta. Controle el flujo de tinta a través de la boquilla de vidrio y el tubo para asegurarse de que no quede aire atrapado al suministrar la tinta. Siga aplicando presión de aire al depósito hasta que aparezca tinta en la punta de la boquilla.No reduzca la presión antes de que la tinta aparezca en la punta de la boquilla porque eso podría causar el atrapamiento de burbujas de aire en la punta. Una vez que aparezca la tinta en la punta de la boquilla, reduzca la presión a unos 12 kilopascales. Esto mantendrá el menisco extruido sin que gotee tinta de la punta de la boquilla.A continuación, fije el cabezal de la boquilla montado en el sistema de impresión. Usando una cámara de visión lateral para visualizar el espacio entre la punta de la boquilla y el sustrato, mueva el eje Z de la platina para ajustar el espacio a aproximadamente 100 micrómetros. Un espacio más pequeño conduce a un campo eléctrico más alto, lo que podría facilitar la impresión con voltajes más bajos y de pulso para la inyección.Sin embargo, un espacio más bajo también podría provocar caídas más grandes si el voltaje no se ajusta correctamente. En este punto, controle la tinta en la boquilla mientras comienza a aplicar voltajes de CC y pulsos. Aumente gradualmente el voltaje de CC en incrementos inferiores a 100 voltios a la vez.Una vez que la tinta comience a gotear de la boquilla, reduzca ligeramente el voltaje de CC hasta que la tinta deje de gotear de la boquilla. A continuación, establezca un voltaje de pulso negativo con un tiempo de subida igual a cero a 100 microsegundos, un tiempo de permanencia igual a 300 microsegundos y un tiempo de caída igual a cero microsegundos. A continuación, aplique el voltaje de pulso negativo en el soporte del sustrato.Ahora, ajuste la magnitud del voltaje del pulso para producir una gota por pulso único. A continuación, ajuste el fondo de CC y los voltajes de pulso para obtener el tamaño de gota objetivo en el sustrato, mientras observa los puntos inyectados en el sustrato en la imagen de la cámara de visión lateral. Primero, cargue una imagen de mapa de bits en la pestaña de impresión del software de impresión y conviértala en una imagen binaria.A continuación, establezca los parámetros para la impresión de imágenes binarias. Por ejemplo, establezca la distancia entre dos gotas, o el intervalo de gota, en diez micrómetros. Una vez configurado, comience a imprimir utilizando el mapa de bits seleccionado en la ubicación de destino del sustrato.Para prepararse para la impresión vectorial, cargue la información CAD del patrón en el software de impresión. A continuación, establezca los parámetros de la impresión, como la velocidad de impresión y el espaciado entre puntos. Con los parámetros ahora configurados, comience a imprimir.Para realizar el electrohilado de campo cercano, primero prepare la tinta de nanopasta de plata especialmente formulada. Para lograr esto, mezcle tres partes de etanol y una parte de agua desionizada para hacer 12 mililitros de solvente. A continuación, mezcle 0,3 gramos de óxido de polietileno y 9,7 gramos del disolvente preparado para formar una solución polimérica del 3% en peso.Con un agitador magnético, mezcle bien la solución durante más de seis horas revolviendo a temperatura ambiente. Con el solvente ahora preparado, mezcle cinco partes de tinta de nanopasta de plata con una parte de la solución de polímero preparada. Combine los dos usando un mezclador de vórtice, mezclando durante diez minutos para suspender correctamente la tinta.A continuación, llene la tinta preparada en una jeringa y conecte la jeringa a una boquilla a través del tubo de conexión de teflón. Suministre la tinta a la boquilla empujando la jeringa manualmente. Cuando la tinta llegue a la boquilla, instale la jeringa en la bomba de jeringa conectada al sistema de impresión.Opere la bomba de jeringa para generar un flujo de tinta con un caudal inicial de 50 microlitros por minuto. Cuando la tinta salga de la punta de la boquilla, baje el caudal a un microlitro por minuto. A continuación, aplique la fuente de voltaje de CC al conector de la boquilla mientras el voltaje de tierra está conectado al soporte de sustrato.Aumente el voltaje de CC gradualmente a 1,5 kilovoltios. El voltaje de CC podría aumentarse hasta dos kilovoltios. Sin embargo, se debe evitar un voltaje de CC superior a dos kilovoltios, ya que podría dañar la tinta.Una vez configurada, inicie la impresión en reposo con una velocidad de impresión de 300 milímetros por segundo durante al menos 10 minutos para obtener un flujo de estado estacionario. Esto es necesario porque la tinta viscosa puede comprimirse en el tubo largo. Ajuste los parámetros de impresión, como el voltaje de CC y el caudal durante la impresión en reposo, para obtener los resultados de impresión deseados.Por último, imprime el patrón seleccionado en el sustrato utilizando los parámetros de impresión ahora definidos. La impresión drop-on-demand basada en puntos y la impresión de trama utilizan un solo eje para imprimir puntos en la dirección principal y, a continuación, pasar a la siguiente franja en la subdirección. Esta imagen rasterizada tiene un tamaño de gota de alrededor de cuatro micras.Por el contrario, la impresión bajo demanda basada en puntos en modo vectorial realiza movimientos simultáneos en las direcciones X e Y y se utiliza para imprimir las líneas. La imagen resultante tiene anchos de línea de cuatro micras. El electrohilado de campo cercano utiliza tinta altamente viscosa para imprimir patrones de forma continua.Como resultado, este método es adecuado para imprimir líneas rectas con una alta velocidad de impresión y es sensible a los cambios en la velocidad de impresión. Las regiones lentas descartables deben incluirse en el diseño para garantizar un tamaño de línea coherente en la región deseada. En algunos casos, se puede utilizar una velocidad de inyección baja para generar un patrón de onda utilizando una velocidad de impresión baja de menos de 100 milímetros por segundo.Los patrones pueden volverse ondulados, como se muestra aquí. Este tipo de patrón ondulado puede ser útil en aplicaciones de electrónica elástica. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores produjeran patrones finos para sus aplicaciones específicas.Tenga en cuenta que este método de impresión no se limita solo a la tinta de nanopartículas de plata, sino que también se puede utilizar en otras aplicaciones con varias tintas. Mientras intenta este procedimiento, es importante recordar que debe utilizar la tinta adecuada para imprimir. Consulte las directrices generales para la selección de tintas que se proporcionan en el texto de este artículo.Asegúrese de ajustar los parámetros de impresión de acuerdo con la selección de tinta y las aplicaciones. No olvide que trabajar con productos químicos, alto voltaje y alta presión puede ser peligroso, y siempre se deben tomar precauciones al realizar este procedimiento.

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