Haute résolution en utilisant deux Modes de Jet électrohydrodynamique le Patterning : Drop on Demand et contigu électrofilage

L’impression par jet électrohydrodynamique est une méthode de structuration directe sans contact qui peut être utilisée dans divers domaines, tels que l’électronique imprimée, les matériaux avancés, la biotechnologie, etc. La méthode d’impression par jet électrohydrodynamique utilise un champ électrique élevé pour tirer l’encre chargée vers le substrat. À cette fin, un système fluidique est utilisé pour pousser l’encre vers la buse, et une alimentation à haute tension est utilisée pour produire le champ électrique.

Le principal avantage de cette technique est qu’elle peut être utilisée pour imprimer de très petits points ou motifs, par rapport à la méthode d’impression à jet d’encre conventionnelle. Sur la base des configurations électriques et fluidiques, trois modes différents d’impression à la demande, d’électrofilage et d’électronébulisation, peuvent être mis en œuvre. Pour les motifs fins, nous nous concentrerons sur le DOD et l’électropsinning en champ proche.

Le DOD utilise à la fois la tension continue et la tension d’impulsion pour le jet, tandis que l’électrofilage en champ proche n’utilise que la tension continue pour le jet. Les gens savaient que cette méthode aurait du mal à obtenir un jet correct, car elle nécessite davantage d’éléments spécifiques et différentes méthodes de stylo d’impression, telles que la tension, la buse, la vitesse d’impression et la distance debout. M. Oh, un étudiant courageux, fera une démonstration d’électrofilage à la demande et en champ proche à l’aide d’encre à nanoparticules d’argent, afin d’aider les gens à comprendre les processeurs d’impression.

Pour l’impression à la demande, remplissez d’abord le réservoir d’encre de l’imprimante à jet électrohydrodynamique avec de l’encre à nanoparticules d’argent filtrée. Ensuite, préparez la buse à l’aide d’une pipette en verre, comme décrit dans le protocole de texte d’accompagnement. Assemblez le porte-buse en connectant la buse au réservoir d’encre via un tube en téflon.

Ensuite, allumez le régulateur de pression d’air et appliquez une pression d’air de 15 à 20 kilopascals sur le réservoir d’encre. Surveillez le débit de l’encre à travers la buse et le tube en verre pour vous assurer qu’aucun air n’est emprisonné lors de l’alimentation de l’encre. Continuez à appliquer une pression d’air sur le réservoir jusqu’à ce que de l’encre apparaisse à l’extrémité de la buse.

Ne réduisez pas la pression avant que l’encre n’apparaisse à l’extrémité de la buse, car cela pourrait provoquer un piégeage de bulles d’air à l’extrémité. Une fois que l’encre apparaît à l’extrémité de la buse, réduisez la pression à environ 12 kilopascals. Cela maintiendra le ménisque extrudé sans qu’aucune encre ne coule de l’extrémité de la buse.

Ensuite, fixez la tête de buse assemblée dans le système d’impression. À l’aide d’une caméra latérale pour visualiser l’espace entre l’extrémité de la buse et le substrat, déplacez l’axe Z de la platine pour ajuster l’écart à environ 100 micromètres. Un écart plus petit conduit à un champ électrique plus élevé, ce qui pourrait faciliter l’impression avec des tensions d’impulsion plus faibles pour le jet.

Cependant, un écart plus faible peut également entraîner des chutes plus importantes si la tension n’est pas correctement ajustée. À ce stade, surveillez l’encre au niveau de la buse tout en commençant à appliquer des tensions CC et d’impulsion. Augmentez progressivement la tension continue par incréments inférieurs à 100 volts à la fois.

Une fois que l’encre commence à couler de la buse, réduisez légèrement la tension continue jusqu’à ce que l’encre cesse de couler de la buse. Ensuite, réglez une tension d’impulsion négative avec le temps de montée égal à zéro à 100 microsecondes, le temps de séjour égal à 300 microsecondes et le temps de chute égal à zéro microseconde. Ensuite, appliquez la tension d’impulsion négative au niveau du support de substrat.

Maintenant, ajustez l’amplitude de la tension d’impulsion pour produire une gouttelette par impulsion unique. Ensuite, ajustez le fond continu et les tensions d’impulsion pour obtenir la taille cible des gouttelettes sur le substrat, tout en observant les points projetés sur le substrat dans l’image de la caméra latérale. Tout d’abord, chargez une image bitmap dans l’onglet d’impression du logiciel d’impression et convertissez-la en une image binaire.

Ensuite, définissez les paramètres d’impression de l’image binaire. Par exemple, définissez la distance entre deux gouttes, ou l’intervalle de chute, à dix micromètres. Une fois configuré, commencez à imprimer à l’aide du bitmap sélectionné à l’emplacement cible du support.

Pour préparer l’impression vectorielle, chargez les informations CAO du motif dans le logiciel d’impression. Ensuite, définissez les paramètres de l’impression, tels que la vitesse d’impression et l’espacement des points. Une fois les paramètres définis, commencez l’impression.

Pour effectuer l’électrofilage en champ proche, préparez d’abord l’encre de nanopâte d’argent spécialement formulée. Pour ce faire, mélangez trois parties d’éthanol et une partie d’eau déminéralisée pour obtenir 12 millilitres de solvant. Ensuite, mélangez 0,3 gramme d’oxyde de polyéthylène et 9,7 grammes du solvant préparé pour obtenir une solution polymère à 3 % en poids.

À l’aide d’un agitateur magnétique, mélangez soigneusement la solution pendant plus de six heures en remuant à température ambiante. Avec le solvant maintenant préparé, mélangez cinq parties d’encre de nanopâte d’argent avec une partie de la solution polymère préparée. Combinez les deux à l’aide d’un mélangeur vortex, en mélangeant pendant dix minutes pour bien suspendre l’encre.

Ensuite, versez l’encre préparée dans une seringue et connectez la seringue à une buse via le tube de raccordement en téflon. Alimentez l’encre dans la buse en poussant la seringue manuellement. Lorsque l’encre atteint la buse, installez la seringue dans le pousse-seringue fixé au système d’impression.

Faites fonctionner la pompe à seringue pour générer un débit d’encre avec un débit initial de 50 microlitres par minute. Lorsque l’encre s’écoule de la pointe de la buse, réduisez le débit à un microlitre par minute. Ensuite, appliquez la source de tension continue sur le connecteur de la buse pendant que la tension de terre est connectée au support de substrat.

Augmentez progressivement la tension continue jusqu’à 1,5 kilovolts. La tension continue peut être augmentée jusqu’à deux kilovolts. Cependant, une tension continue supérieure à deux kilovolts doit être évitée car elle pourrait endommager l’encre.

Une fois configuré, démarrez l’impression au ralenti avec une vitesse d’impression de 300 millimètres par seconde pendant au moins 10 minutes pour obtenir un flux stable. Ceci est nécessaire car l’encre visqueuse peut être comprimée dans le long tube. Ajustez les paramètres d’impression, tels que la tension continue et le débit pendant l’impression au ralenti, pour obtenir les résultats d’impression souhaités.

Enfin, imprimez le motif de votre choix sur le support en utilisant les paramètres d’impression maintenant définis. L’impression à la demande et l’impression raster à base de points utilisent un seul axe pour imprimer les points dans la direction principale, puis passer à la bande suivante dans la sous-direction. Cette image matricielle a une taille de goutte d’environ quatre microns.

En revanche, l’impression à la demande basée sur des points en mode vectoriel effectue des mouvements simultanés dans les directions X et Y et est utilisée pour imprimer les lignes. L’image résultante a une largeur de ligne de quatre microns. L’électrofilage en champ proche utilise une encre très visqueuse pour imprimer des motifs en continu.

Par conséquent, cette méthode est adaptée à l’impression de lignes droites à une vitesse d’impression élevée et est sensible aux changements de vitesse d’impression. Les régions lentes jetables doivent être incluses dans la conception pour garantir une taille de ligne cohérente dans la région souhaitée. Dans certains cas, une faible vitesse de jet peut être utilisée pour générer un motif d’onde en utilisant une faible vitesse d’impression de moins de 100 millimètres par seconde.

Les motifs peuvent devenir ondulés, comme illustré ici. Ce type de motif ondulé peut être utile dans les applications électroniques extensibles. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs pour produire des motifs fins pour leurs applications spécifiques.

Veuillez noter que cette méthode d’impression n’est pas limitée à l’encre de nanoparticules d’argent, mais peut également être utilisée dans d’autres applications avec diverses encres. Pendant que vous essayez cette procédure, il est important de ne pas oublier d’utiliser l’encre appropriée pour l’impression. Reportez-vous aux directives générales pour la sélection de l’encre fournies dans le texte de cet article.

Assurez-vous d’ajuster les paramètres d’impression en fonction de votre sélection d’encre et de vos applications. N’oubliez pas que travailler avec des produits chimiques, une tension élevée et une pression élevée peut être dangereux, et que des précautions doivent toujours être prises lors de l’exécution de cette procédure.