パターン化する電気流体力学的ジェットの 2 つのモードを使用して高解像度: 需要と近傍電界紡糸ドロップ

Summary

ここでは、電気流体力学的 (EHD) ジェット印刷を使用して高解像度の導電性パターンを生成するためのプロトコルを提案する.プロトコルには、EHD ジェット印刷の 2 つのモードが含まれています: 連続近傍電界紡糸 (NFES) およびドロップ ・ オン ・ デマンド (DOD) EHD のドットを利用した印刷です。

Abstract

高解像度で低コストの直接パターニング ツールとして使用できるため、電気流体力学的 (EHD) ジェット印刷は様々 な分野で注目を集めています。EHD 印刷は、ノズルの先端からインクを押して押し出しのメニスカスを維持するために流体のサプライヤーを使用します。高解像度のパターンを生成する基板にメニスカスをプルする電界が生成されます。ファインパターン用 EHD 印刷の 2 つのモードが使用されている: 連続近傍電界紡糸 (NFES) とドット ドロップ オンデマンド (DOD) EHD 印刷。印刷モードに従って印刷装置とインクの粘度のための要件が異なります。にもかかわらず、2 つのモードは、単一の EHD プリンターで実装できる、実現方法のインク、流体システムおよび駆動電圧の点で異なります。その結果、噴射の要件と制限事項の適切な理解、なし、目的の結果を得ることが困難です。本稿の目的は、経験の浅い研究者は彼らの特定の研究と開発を目的に EHD ジェットを使用する試行錯誤の努力を減らすことができますので、ガイドラインを提示することです。微細加工の実装を示すために、プロトコルの導電性パターン形成の Ag ナノ粒子インクを使用します。さらに、他の種類の様々 な微細加工アプリケーションでのインクの使用ことができます一般的な印刷ガイドラインを提案する.

Introduction

EHD ジェット印刷は、高解像度・低コストの直接パターニング¹対応しているので、プリンテッド ・ エレクトロニクス、バイオ テクノロジー、高度な材料用途など、様々 な分野で広く使用されています。印刷される線の太さや印刷ドット サイズ縮小できる 1 μ m、従来圧電ベース インク ジェット印刷の¹より大幅に小さいであります。

EHD 印刷インク (またはメニスカス) の小さい部分はノズル先端のプッシュやフロー率^1,2,3,4,5または肯定的な空気圧^{1 を制御することによって維持されます。 ,6,7}。押出成形のメニスカス充電して、おろすことが簡単にできるノズル先端から基板に電界、図 1に示すように。ノズルのサイズよりも薄く、インク ストリームを生....

Protocol

任意のインクを使用して、ソリューションをクリーニングする前に、健康と安全の目的は、化学物質等安全データシート (MSDS) を参照してください。

1. ドロップ ・ オン ・ デマンド電気流体力学的ジェット銀ナノ粒子インクを使用して

1. EHD 印刷システムのインクタンクでフィルター処理された銀ナノ粒子 (AgNP) インクを充填します。
   注: 市販 AgNP インクは、インク ジェットの目的のため使用できます。インク 10 程度の粘度が必要 cP と表面張力は 20 〜 40 mN/m ドロップ ・ オン ・ デマンドのジェッティングを取得します。
2. 熱の引き手を使用して DOD EHD 印刷用ノズルを作る。
   1. 熱の引き手にガラス管 [内径 (ID) 1 mm] を配置します。
   2. 熱の引き手のパラメーターを設定します。たとえば、580-590 ° C および引きの範囲で加熱温度は約 18 mm/s の高速化します。
      メモ: 熱の引き手のパラメーターは、ターゲット ノズル ID と周囲の状況によると異なる必要があります。
   3. 毛細血管のセンターで熱と id が 5 μ m のノズルに、両端にプルを適用する設定されているパラメーターと熱の引き手を動作します。
      注: は、基板上のターゲット ドット サイズに基づいてノズル ID のサイズを決定します。参考までに、5 μ m ノズ....

Results

ドット ベース ドロップ ・ オン ・ デマンド印刷:
国防総省の印刷は、1 つの液滴噴射噴射トリガーは 1 つあたりに基づいています。国防総省噴射、およそ 10 の粘度低粘度インクを生成するには、cP を使用してください。EHD 国防総省印刷用インク要件は、従来の国防総省のインク ジェットの EHD の印刷方法は、従来の国防総省のインク ジェットのような。従来のインク ジェット印刷の場合ラスター印刷技術が広く使用されて、多ノズル ヘッドを使用してビットマップ画像の印刷に適していますので。ただし、EHD ジェット印刷の場合ノズルの間で電気的クロストークにより多ノズル ヘッドの実装に制限があります。したがって、単一ノズルを用いたベクトル印刷、CAD ベースの行の印刷に使用されます。それにもかかわらず、ラスターまたはベクトル印刷モードは、さまざまな種類のパターンを印刷する印刷ソフトウェアから選択可能なはずです。アルゴリズムと実装することができます印刷モードによると異なることに注意してください。Xの同時動きベクトル モー.......

Discussion

このプロトコルで AgNP インクを使用して 2 つのモードで微細なパターンを印刷に着目: 国防総省 EHD 印刷と NFES。ただし、アプリケーションを印刷 EHD ジェットは AgNP を用いた導電性インクに限定ではありません。ここでは、インク、システム構成、およびさまざまな微細パターン用 EHD ジェットを使用するために必要な他の印刷パラメーターの選択のための一般的なガイドラインを説明します。

EHD 印刷の最初そして最も重要なステップは、インクの選択と準備です。従来のインク ジェット印刷で使われるインクは、国防総省の EHD 印刷で使用できます。国防総省のインク ジェット印刷用インキの粘度が 1 の範囲内 ~ 50 cP (通常 10 cP)¹⁴。ただし、従来の国防総省のインク ジェットの国防総省 EHD 印刷用空気圧方式が違います。従来のインク ジェットは、インクのボタ落ちを防ぐためにノズル プレート面とノズル濡れ中メニスカスの位置を維持するために負圧を使用します。その一方で、EHD 国防総省印刷は押し出しメニスカスの形成に.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
EHD統合印刷システム	Psolution Ltd.、韓国	PS300
播磨Agナノ粒子インク	播磨製薬 播磨製薬	NPS-JL	Ag固形分:~53 wt%、粘度:~10 cP、表面張力:~30 mN/m
ガラス毛細管	成重科学機器研究所	G-1	内径:1 mm;サーマルプーラーを使用してDOD EHDジェット印刷用ノズルを作るために使用されます
ノズルサーマルプーラー	サッター機器、米国	Sutter P-1000
顕微鏡スライド(ガラスサブレート)	ポール・マリエンフェルド&Co.KG、ドイツ	10 006 12	寸法(長さ×幅×厚さ):76 mm x 26 mm x 1 mm
マグネティックスターラー	バーンステッドサーモリン社、アメリカ	Cimarec SP131635
Vortexスターラー	Jeiotech、韓国	ラボコンパニオンVM-96T
Agナノペースト	NPK、韓国	ES-R001	Ag固形分:~85.5 wt%、粘度:~11000 cP
ポリエチレンオキシド(PEO)	Sigma-Aldrich、米国	372773-500G	Mw = 400000
エタノール	Sigma-Aldrich、米国	459836-500ML