Name: 충돌기 제트의 두 가지 모드를 사용 하 여 패턴 고해상도: 수요와 근처-필드 전기에 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 16 s
Description: 학습하세요 전기수력학적 제트 프린팅을 활용한 고해상도 전도성 패턴 제작 방법을. 연속 근접장 전기방사와 점 기반 수요 공급 두 가지 모드를 사용하여 인쇄 전자 및 첨단 소재 분야에서 미세 패턴을 구현하는 기술을 익히세요.

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이 연구는 기본 과학 연구 프로그램 통해 국립 연구 재단의 한국 (NRF) 한국, 교육부 (2016R1D1A1B01006801)에 의해 자금 지원 및 순천 향 대학 연구 기금에 의해 부분적으로 지원 .

전에 어떤 잉크를 사용 하 여 청소 솔루션, 건강 및 안전 목적을 위해 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오.
1. 드롭-온-디맨드 충돌기 제트 인쇄 실버 나노 잉크를 사용 하 여
<ol><li>EHD 인쇄 시스템의 잉크 저수지에서 필터링 된은 나노 입자 (AgNP) 잉크를 입력 합니다. 참고: 상용 AgNP 잉크는 잉크젯 목적을 위해 사용할 수 있습니다. 잉크는 약 10의 점도 있어야 cP와 20의 표면 장력 ~ 드롭-온-디맨드 제트기를 40 mN/m.</li>
	<li>열 끌어당기는 사람을 사용 하 여 국방부 EHD 인쇄 노즐을 확인 합니다.<ol>
<li>유리 모 세관 [내경 (ID) 1 m m] 열 끌어당기는 사람에 놓습니다.</li>
		<li>열 끌어당기는;의 매개 변수 설정 예를 들어 580-590 ° C와는 당기의 범위에서가 열 온도 약 18 m m/s의 속도. 참고: 열 끌어당기는 사람에 대 한 매개 변수는 대상 노즐 ID와 주위 조건에 따라 다 한다.</li>
		<li>모 세관의 센터에서 열 및 5 µ m의 ID로 노즐을 그것의 끝의 둘 다에서 당겨 적용할 설정 매개 변수 열 끌어당기는 동작 한다. 참고: 기판에 대상 점 크기에 따라 노즐 ID의 크기를 결정 합니다. 참고로, 5 µ m의 노즐 ID 5 µ m 크기의 도트를 인쇄할 수 있습니다.</li>
		<li>유리 커터는 유리 노즐을 통해 절단 하 여 유리 노즐 길이 조정 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>잉크 저수지 소계 (PTFE) 튜브를 통해 연결 되어 있는 노즐 홀더 및 커넥터, 노즐을 조립 한다.</li>
	<li>노즐 팁에 잉크를 공급 공기 압력을 적용 합니다.<ol>
<li>공기 압력 컨트롤러 설정 하 고 15의 공기 압력 ~ 노즐 팁에 잉크를 공급 하는 잉크 저수지에 20 kPa. 투명 한 유리 노즐 및 잉크를 공급 하는 때 공기 튜브와 노즐 안에 갇혀 있도록 튜브를 통해 잉크 흐름을 모니터링 합니다. 잉크 노즐 팁에 표시 될 때까지 잉크 저수지에 공기 압력을 적용 계속. 참고: 그 노즐 끝에 공기 거품 함정을 일으킬 수 있기 때문에 잉크 노즐 팁에 표시 하기 전에 압력을 감소 하지 마십시오.</li>
		<li>노즐 팁에서 떨어지는 어떤 잉크 없이 압출된 초승달 모양을 유지 하기 위해 약 12 kPa를 압력을 감소 시키십시오. 참고: 적절 한 공기 압력 노즐 크기와 잉크의 점도에 따라 달라 집니다. 안정 된 상태에 초승달 모양을 유지 하기 위한 바람직하지 않다 과도 한 공기 압축을 피하기 위해 30 kPa 공기 압력을 증가 하지 않습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>인쇄 시스템에 조립된 노즐 헤드를 수정.</li>
	<li>유리 기판 기판 소유자의 진공 척에 배치 하 고 기판을 진공 펌프에 설정.</li>
	<li>스탠드 오프 거리 (H) 조정 z 축 스테이지를 이동-노즐 팁과 기판 위치 사이의 간격-약 100 µ m.를 사용 하 여 모니터링 카메라에 의해 획득 사이드 뷰 이미지 스탠드 오프 거리에서 거리를 사용 하 여 예측 된 그림 2와 같이 그것의 반사를 노즐 팁. 참고: 작은 스탠드 오프 거리 제트기에 대 한 낮은 DC 및 펄스 전압으로 인쇄를 촉진 수 있는 높은 전기 분야를 리드. 그러나, 낮은 스탠드 오프 거리는 더 큰 방울을 발생할 수 있습니다. 따라서, 전압의 크기는 원하는 도트 크기를 적절 하 게 감소 되어야 한다. 일반적으로, 낮은 전압의 사용은 작은 인쇄 점 적은 분사를 권장 됩니다. 그러나, 주의 작업은 경우 스탠드 오프 거리 50 µ m, 노즐 파손 기판 충돌에 의해의 더 높은 기회 때문에 필요 합니다. 처리 능력 및 신뢰성 사이의 트레이드 오프 관계를 고려 하면 100 µ m의 거리 스탠드 오프를 사용을 하는 것이 좋습니다.</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig2.jpg"> 그림 2: 사이드 뷰 카메라 이미지를 사용 하 여 거리 조정 받침. 스탠드 오프 거리를 추정 하는 사이드 뷰 카메라에서 노즐 이미지를 사용할 수 있습니다. 스탠드 오프 거리 (H) 노즐 팁에서 기판에 거리로 절반 노즐 팁에서의 그림자를 쉽게 추정 될 수 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<ol start="8"><li>
적용 DC 및 펄스 전압 참고: DC 및 펄스 전압 제어 소프트웨어를 통해 인쇄 될 수 있습니다.<ol>
<li>노즐 팁에서 잉크 drips 때까지 DC 전압을 서서히 증가. 참고: 대상 전압을 한 번에 적용 되지 않습니다. 한 번에 증분 전압 100 V 해야 합니다. 전반적으로, 이상의 600 V의 DC 전압을 적용 되지 않습니다.</li>
		<li>줄일 DC 전압 약간 발병 DC 전압에서에서 아니 더 잉크 노즐에서 떨어지는 관찰 때까지. 참고: 공 압 압력 및 DC 전압의 조정 후에 초승달 모양 보충 그림 s 1와 같이 제트기에 대 한 적절 한 모양에 있어야 한다.</li>
		<li>네거티브 펄스 전압 t상승 의 매개 변수 설정 = 0 ~ 100 µs, t는면만 300 µs, 그리고 t = = 0 µs7 (그림 3) 소프트웨어 메뉴에서.</li>
		<li>기판 홀더에 네거티브 펄스 전압을 적용 합니다. 다음, 단일 펄스 전압 당 한 방울 생산 V펄스, 펄스 전압의 크기를 조정 합니다. 참고: V펄스, 네거티브 펄스 전압의 크기는 600 V 보다 낮은 되어야 합니다.</li>
		<li>사이드 뷰 카메라 이미지에 기판에 jetted 점 들을 관찰 하면서 기판에 대상 작은 물방울 크기를 DC 배경 및 펄스 전압을 조정 합니다. 참고: 작은 점 적은 기판에 분사를 생성 하려면 V펄스, 펄스 전압의 크기 이어야 한다 가능한 한 낮은.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig3.jpg"> 그림 3: 국방부 EHD 제트기에 대 한 전압을 펄스. 사다리꼴 파형 전압의 사용 국방부 EHD7제트기를 생산 하는 것이 좋습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<ol start="9"><li>
인쇄 패턴 참고: 패턴의 2 개의 다른 종류는 국방부 EHD 인쇄 사용할 수 있습니다: 이미지와 (CAD) 비트맵-벡터 정보를 기반으로. 비트맵 이미지에서 국방부 기반 잉크젯 인쇄에에서 널리 사용 되었습니다. 그러나, 인쇄 전자 응용 프로그램의 경우 CAD 기반 벡터 정보 장점이 이상의 국방부 기반 잉크젯 인쇄, 단일 EHD 머리를 사용 하 여 라인 기반 인쇄에 효율적 이기 때문에. 같은 시간에 벡터 정보 비트맵 이미지 인쇄 위한 비트맵 이미지로 변환할 수 있습니다.<ol>
<li>
비트맵 이미지 인쇄
		<ol>
<li>인쇄 소프트웨어의 인쇄 탭에 비트맵 이미지를 로드 하 고 이미지를 이진으로 변환.</li>
			<li>이진 이미지 인쇄에 대 한 매개 변수를 설정 합니다. 예를 들어, 10 µ m에서 (즉, 2 연속 픽셀 사이의 거리) 드롭 간격을 설정 합니다. 참고: 비트맵 이미지 어떤 물리적 크기는 없습니다. 인쇄 된 이미지의 실제 크기는 드롭 간격 관련이 있을 것 이다. 예를 들어 인쇄 된 이미지는 큰 드롭 간격 사용 되는 경우 더 큰 됩니다. 기존의 잉크젯 인쇄, 도트 (인치당 도트 수) 일반적으로이 목적을 위해 사용 되었습니다. 그러나, 더 작은 DPI 큰 드롭 간격 의미 주목 한다. 드롭 간격을 확인, 인쇄 점 크기는 고려 되어야 한다. 일반적으로, EHD 국방부 인쇄에 대 한 드롭 간격 기존의 잉크젯 인쇄의 그것 보다 훨씬 작습니다.</li>
			<li>기판에 대상 위치에 선택 된 비트맵을 사용 하 여 인쇄를 시작 합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
CAD 정보에 따라 벡터 인쇄
		<ol>
<li>인쇄에 대 한 CAD 정보를 로드 합니다. 참고: 텍스트 기반 CAD 정보는 DXF 파일 형식 인쇄 정보에 대 한 사용할 수 있습니다.</li>
			<li>벡터 인쇄;에 대 한 매개 변수 설정 예를 들어 3 µ m 그리고 10 Hz에서 처리 주파수에서 드롭 간격을 설정 합니다. 참고: 연결 된 선 패턴을 인쇄 하려면 드롭 간격 선택 되어야 한다 adjacently 입금 있도록 방울 약간 겹치는. 그러나, 너무 많이 겹치는 큰 선 두께에서 발생할 수 있습니다. 약 30%를 중복 하는 것이 좋습니다 어떤 실용적인 라인 인쇄. 경우에 벡터 인쇄, 모션 속도 (v) 다음 방정식. v = d × f 여기, d = 드롭 간격 및 f = 처리 주파수.</li>
			<li>로드 패턴 드롭 간격, 인쇄 속도, 전압, 등 미리 정해진된 인쇄 매개 변수를 사용 하 여 기판에 인쇄 참고: 인쇄, 후 소 결 프로세스 수 있습니다 해야이 문서의 범위를 벗어납니다 인쇄 패턴의 원하는 전도도 얻기 위해.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 좋은 전도성 라인 근처-필드 전기를 사용 하 여 패턴
<ol><li>근처-필드 전기 (NFES) 전도성 라인 인쇄 잉크를 확인 합니다.<ol>
<li>에탄올과 이온된 (DI) 수 1 (디 물) 용 1 매를 준비 하로 3 (에탄올)의 볼륨 비율 믹스. 예를 들어 에탄올의 9 ml와 디의 3 ml 1 매의 12 ml를 만들기 위해 물을 섞는다.</li>
		<li>폴 리 (에틸렌 산화물)의 0.3 g을 혼합 (PEO, Mwt = 400000)와 준비 된 용 매는 자력을 사용 하 여 실 온 (25 ° C)에서 6 시간 이상 교 반에 의해 PEO의 3 wt % 폴리머 솔루션을 만들기 위해 1의 9.7 g.</li>
		<li>혼합 Ag 나노 잉크, 약 11, 000의 점도 붙여 cP, 그리고 준비 된 폴리머 솔루션 1 (폴리머 솔루션) NFES. 에 대 한 잉크를 10 분 동안 소용돌이 믹서를 사용 하 여 5 (Ag 나노 페이스트 잉크)의 무게 비율 예를 들어 10 g Ag 나노 잉크 붙여넣기 하 고 폴리머 솔루션의 2 세대 NFES 잉크를 혼합 수 있습니다. 참고:이 프로토콜에 혼합 재료의 비율은 일반적으로 자료의 특정 금액 보다 더 중요 합니다. 상업적으로 이용 가능한 Ag 나노 약 85.5 wt %의 Ag 단단한 내용,이 목적을 위해 사용 될 수 있는 스크린 인쇄 목적을 위해 잉크를 붙여 넣습니다. 사용 되는 잉크의 성분에 따라 용 매 및 고분자의 선택 다 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>주사기에 준비 된 NFES 잉크를 입력 합니다.</li>
	<li>노즐을 통해 연결 튜브와 주사기를 연결 합니다. 참고: 상용 주사기 바늘 100 µ m의 ID와 함께 노즐에 대 한 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>주사기를 수동으로 눌러 노즐에 잉크를 공급 한다.</li>
	<li>인쇄 시스템에 첨부 된 주사기 모터에 주사기를 설치 합니다.</li>
	<li>진공 척에 기질을 놓고 인쇄 하는 동안 기판을 진공 펌프에 설정 합니다.</li>
	<li>스탠드 오프 거리 조정 Z 위치 (단계)를 제어 합니다. 참고: 권장된 스탠드 오프 거리는 훨씬 작은 스탠드 오프 거리 기존의 전기를 사용 하는 것에 비해 약 2 밀리미터 이어야 한다.</li>
	<li>
유량 조정
	<ol>
<li>NFES 잉크 노즐 어셈블리에서를 대상 유량 보다 높은 50 µ L/min, 초기 유량과 잉크 흐름 생성을 주사기 펌프를 작동 합니다.</li>
		<li>잉크 노즐 팁에서 흐르는 때를 대상 1 µ L/분의 유량을 설정 합니다. 참고: 작은 흐름 율 작은 패턴 폭 될 수 있습니다. 그러나, 그것은 라인 파손을 일으킬 수 있습니다. 선 두께 및 라인의 연속의 절충 대상 유량 결정 때 고려 되어야 한다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
전압을 적용
	<ol>
<li>DC 전압 소스 노즐 커넥터에 고 기판 홀더를 접지 전압을 연결.</li>
		<li>DC 전압 1.5 점차적으로 증가 kV. 참고: 스탠드 오프 거리는 몇 밀리미터의 범위에 때문에, DC 전압 증가 될 수 있었다 2 보다는 국방부 EHD의 인쇄 제트 kV. 그러나, 2 보다 높은 DC 전압 kV 기능 소재를 손상 할 수 있기 때문에 피해 야 한다, 특히 Ag 페이스트 잉크, 폴리머 솔루션에 추가. 일반적으로, 낮은 DC 전압 얇은 인쇄 라인 필요할 때 좋습니다. 그러나, 인쇄 라인 수 쉽게 끊을 수는 낮은 전압을 사용 하는 경우 지속적인 잉크 인쇄에 대 한 당기는 힘은 DC 전압 관련이 있기 때문에. 고려 무역-오프, 1에서 배열 하는 DC 전압의 사용이 좋습니다 2 kV kV.</li>
	</ol>
</li>
	<li>정상 상태 흐름을 10 분 이상에 대 한 300 m m/s의 인쇄 속도와 유휴 인쇄를 시작 합니다. 원하는 인쇄 결과 얻기 위해 유휴 인쇄 중 DC 전압 및 흐름 속도 등 인쇄 매개 변수를 조정 합니다. 참고: 10 분 이상 유휴 인쇄 점성 잉크 노즐 팁에 잉크 전달 중에 긴 튜브에서 압축 될 수 있기 때문에 정상 상태 흐름을 얻기 위해 필요 합니다. 유휴 인쇄 하지 않고 인쇄 선 두께 시간으로 변경할 수 있습니다. 유휴 인쇄 속도, 따라서, 실제 인쇄 속도 동일 있도록 수 인쇄 하는 동안 처리 매개 변수를 조정할 수 있습니다. 이 방법에서는, DC 전압 대상 선 두께를 유휴 인쇄 중 조정 됩니다. 주사기 펌프에 의해 추진 하는 잉크의 양을 전기 분야에 의해 내려 오게 하는 잉크의 양을 같을 수는 유량 및 DC 전압을 균형 해야을 note.</li>
	<li>연속 라인 및 그리드 패턴 같은 인쇄 패턴을 선택 합니다. 참고: 생산된 섬유 쉽게 빗 나가게 될 수 있기 때문에 임의로 인쇄 라인에 의해 생성 된 충전 반발 힘 때문에 예금 될 수 있는, 인쇄 속도 보다 커야 인쇄 방향으로, 패턴에 맞게 300 m m/s와 인쇄 라인 사이의 간격이 조롱 또는 라인 패턴을 인쇄 하기 위해서는 100 µ m 하는 것이 좋습니다.</li>
	<li>미리 정해진된 인쇄 매개 변수를 사용 하 여 기판에 선택한 패턴을 인쇄 합니다. 참고: 소 결 프로세스 수 있습니다 해야 할 인쇄 패턴의 대상 기능을 얻기는이 문서의 범위를 벗어납니다.</li>
</ol>

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</ol>

저자는 공개 없다.

이 프로토콜에서 우리는 두 모드와 AgNP 잉크를 사용 하 여 좋은 패턴을 인쇄에 초점: 국방부 EHD 인쇄 및 NFES. 그러나, 응용 프로그램을 인쇄 하는 EHD 제트 AgNP를 사용 하 여 전도성 잉크에 국한 되지 않습니다. 여기, 우리는 잉크, 시스템 구성 및 다양 한 미세 패턴 응용 프로그램에 대 한 인쇄 EHD jet를 사용 하는 데 필요한 다른 인쇄 매개 변수 선택에 대 한 일반적인 지침을 설명 합니다.
EHD 인쇄에 대 한 첫 번째 그리고 가장 중요 한 단계는 잉크 선택과 준비는 이다. 기존의 잉크젯 인쇄에 사용 하는 잉크는 국방부 EHD 인쇄에 사용할 수 있습니다. DOD 잉크젯 인쇄용 잉크의 점도 1 ~ 50 cP (일반적으로 10 cP)14. 그러나, 그것은 국방부 EHD 인쇄 공 압 제어 방법은 기존의 DOD 잉크젯 다릅니다 주목 해야한다. 기존의 잉크젯 안으로 떨어지는 어떤 잉크를 방지 하기 위해 노즐 표면 및 노...

EHD 제트 인쇄 널리 사용 되었습니다 인쇄 전자, 생명 공학, 첨단된 소재 응용 등 다양 한 분야에서 고해상도 저가 직접1패턴화 할 수 있기 때문에. 인쇄 선 두께 또는 인쇄 도트 크기 수 줄일 수 1 µ m는 기존 piezo 기반 잉크젯 인쇄1의 그것 보다 훨씬 작습니다.
EHD 인쇄 잉크 (또는 초승달 모양)의 작은 부분 밀어 노즐 팁 및 흐름 속도1,2,3,,45 또는 긍정적인 기 압1에 의해 유지 ,,67. 밀어낸된 초승달 모양 충전 하 고 수 있습니다 쉽게 의해 내려 오게 될 노즐 팁에서 기판에 전기 분야, 그림 1에서 보듯이. 원뿔 초승달 노즐 크기 보다 훨씬 얇은 잉크 스트림 생산 제트, 동안 형성 된다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57846/57846fig1.jpg"> 그림 1: EHD 인쇄. 그림 EHD 제트 인쇄의 원리입니다. 잉크를 통해 압력을 밀어은 노즐에서 압출된 초승달을 형성 하는 전기 분야를 통해 뽑아. 다음, 충전된 잉크 기판 통해 DC 또는 펄스 전압을 쉽게 jetted 될 수 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57846/57846fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
단일 EHD 프린터는 두 가지 모드, 근처-필드 전기 (NFES), 드롭-온-디맨드 (국방부) EHD jet 인쇄에 사용할 수 있습니다, 비록 실현 방법을 크게 다를 잉크, 유체 시스템, 및 운전 전압1 , 2 , 3. NFES4,5 는 상대적으로 높은 점성 잉크를 사용 하는 예를 들어 [1000 centipoises (cP)] 1 m/s까지 고속 인쇄와 연속 마이크로 라인 패턴을 형성. 다른 한편으로, 낮은 인쇄 도트 기반 복잡 한 패턴을 인쇄 하려면 인쇄6,7,8 사용 하 여 저 점도 잉크의 점도와 약 10 제트 국방부 EHD cP 속도 10 m m/s.
각 모드에 대 한 요구 사항은 크게 다르기 때문에, 경험이 없는 연구자 원하는 결과 얻을에 대 한 도전 수 있습니다. 경험적 "노하우" 실제로 중요 한 수 있습니다. 연구 하는 데 사용 얻을 수 있도록 인쇄 방법 선물이 EHD Ag 나노 잉크를 사용 하 여 정밀한 전도성 패턴에 대 한 프로토콜을 인쇄. 그러나, 우리 추가 의견 프로토콜에 그들은 Ag 나노 잉크를 사용 하 여 전도성 패턴에 국한 되지 않습니다. 마지막으로, 인쇄 및 준비 지침 토론 섹션에 표시 됩니다.

<table><tbody><tr><td>EHD 통합 인쇄 시스템</td><td>Psolution Ltd., 대한민국</td><td>PS300</td><td></td></tr><tr><td>Harima Ag 나노 입자 잉크</td><td>Harima Inc., 일본</td><td>Harima NPS-JL</td><td>Ag 고형분 : ~ 53 중량 %, 점도 : ~ 10 cP, 표면 장력 : ~ 30 mN / m</td></tr><tr><td>유리 모세관</td><td>Narishige Scientific Instrument Lab</td><td>G-1</td><td>내경 : 1 mm; 써멀 풀러를 사용하여 DOD EHD 제트 인쇄용 노즐을 만드는 데 사용</td></tr><tr><td>노즐 써멀 풀러</td><td>Sutter Instrument, USA</td><td>Sutter P-1000</td><td></td></tr><tr><td>현미경 슬라이드(유리 subtrate)</td><td>Paul-Marienfeld & Co.KG, 독일</td><td>10 006 12</td><td>치수(L x W x T): 76 mm x 26 mm x 1 mm</td></tr><tr><td>마그네틱 교반기</td><td>Barnstead Thermolyne Corp., USA</td><td>Cimarec SP131635</td><td></td></tr><tr><td>Vortex Stirrer</td><td>Jeiotech, South Korea</td><td>Lab Companion VM-96T</td><td></td></tr><tr><td>Ag 나노페이스트&nbsp;</td><td>NPK, 대한민국</td><td>ES-R001</td><td>Ag 고형분: ~85.5 wt%, 점도: ~11000 cP</td></tr><tr><td>폴리에틸렌옥사이드(PEO)</td><td>Sigma-Aldrich, 미국</td><td>372773-500G</td><td>Mw = 400000</td></tr><tr><td>에탄올</td><td>Sigma-Aldrich, 미국</td><td>459836-500ML</td><td></td></tr></tbody></table>

충돌기 제트의 두 가지 모드를 사용 하 여 패턴 고해상도: 수요와 근처-필드 전기에

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

충돌기 (EHD) 제트 인쇄 고해상도 및 저가 직접 패터 닝 툴으로 서 사용할 수 있으므로 다양 한 분야에서 관심을 모으고 있다. EHD 인쇄 노즐 팁에서 잉크를 추진 하 여 압출된 초승달 모양 유지 하는 유체 공급 업체를 사용 합니다. 전기 분야는 고해상도 패턴을 생산 하는 기판으로 초승달을 사용 됩니다. EHD 인쇄의 두 가지 모드 미세 패터 닝에 대 한 사용 되었습니다: 연속 근처-필드 전기 (NFES) 및 드롭-온-디맨드 (국방부) EHD 인쇄 도트 기반. 인쇄 모드에 따라 인쇄 장비 및 잉크 점도 대 한 요구 사항이 달라 집니다. 두 가지 모드는 단일 EHD 프린터와 함께 구현 될 수 있습니다, 비록 실현 방법을 크게 잉크, 유체 시스템, 및 운전 전압 차이가 있습니다. 따라서, 처리 요구 사항 및 제한의 적절 한 이해 없이 그것은 원하는 결과 얻기 어렵다입니다. 이 문서의 목적은 경험이 연구원 EHD jet를 사용 하 여 그들의 특정 연구 및 개발 목적에 대 한 시행 착오 노력을 줄일 수 있도록 가이드라인을 제시 하는 것입니다. 설명 하기 위해 미세 패터 닝 구현, 우리는 프로토콜에 전도성 패턴에 대 한 Ag 나노 잉크를 사용 합니다. 또한, 우리는 또한 다양 한 미세 패턴 응용 프로그램에 대 한 잉크의 다른 유형을 위해 사용할 수 있는 일반화 된 인쇄 지침을 제시.

점 기반 드롭-온-디맨드 인쇄: 국방부 인쇄 한 방울 한 처리 트리거 당 제트기를 기반으로 합니다. 국방부 제트기, 약 10의 점도와 저 점도 잉크를 생산 하기 위해 cP은 사용 해야 합니다. EHD 국방부 인쇄 잉크 요구는 기존의 DOD 잉크젯의 EHD 인쇄 방법으로 기존의 DOD 잉크젯의 그것 비슷합니다. 기존의 잉크젯 인쇄의 경우 래스터 인쇄 기술은 널리 사용 되었습니다, 그것은 다중 노즐 헤드를 사용 하 여 비트맵 이미지 인쇄에 적합 하기 때문에. 그러나, EHD 제트 인쇄의 경우는 제한이 있다 노즐 중 전기 잡담으로 인해 멀티 노즐 머리의 구현에. 따라서, 벡터 인쇄 단일 노즐을 사용 하 여 CAD 기반 선 인쇄에 주로 사용 됩니다. 그럼에도 불구 하 고,는 래스터 또는 벡터 인쇄 모드 인쇄 소프트웨어 인쇄 패턴의 다양 한 종류에서에서 선택 되어야 합니다. 참고 알고리즘 및 구현 인쇄 모드에 따라 달라질 수 있습니다. ...

여기, 선물이 충돌기 (EHD) 제트 인쇄를 사용 하 여 고해상도 전도성 패턴을 생성 하는 프로토콜. EHD 제트 인쇄의 두 가지 모드를 포함 하는 프로토콜: 연속 근처-필드 전기 (NFES) 및 드롭-온-디맨드 (국방부) EHD 도트 기반 인쇄.

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

전기 유체 역학 제트 프린팅은 인쇄 전자, 첨단 재료, 생명 공학 등 다양한 분야에서 사용할 수 있는 비접촉 직접 패터닝 방법입니다. 전기 유체 역학 제트 인쇄 방법은 높은 전기장을 사용하여 충전 된 잉크를 기판으로 끌어 당깁니다. 이를 위해 유체 시스템을 사용하여 잉크를 노즐로 밀어 넣고 고전압 전원 공급 장치를 사용하여 전기장을 생성합니다.이 기술의 주요 장점은 기존의 잉크젯 인쇄 방법에 비해 매우 작은 점이나 패턴을 인쇄하는 데 사용할 수 있다는 것입니다. 전기 및 유체 구성을 기반으로 drop-on-demand 인쇄, 전기 방사 및 전기 스프레이의 세 가지 모드를 구현할 수 있습니다. 미세 패터닝을 위해 DOD 및 근거리 전기 덧시닝에 중점을 둘 것입니다.DOD는 제팅에 DC 전압과 펄스 전압을 모두 사용하는 반면 근거리 전기 방사는 제팅에 DC 전압만 사용합니다. 개인들은 이 방법이 전압, 노즐, 인쇄 속도 및 스탠드업 거리와 같은 특정 사항과 다양한 인쇄 펜 방법을 필요로 하기 때문에 적절한 분사를 달성하는 데 어려움을 겪을 것이라는 것을 알고 있었습니다. 용감한 학생 Mr.Oh는 개인이 인쇄 프로세서를 이해할 수 있도록 은 나노 입자 잉크를 사용하여 drop-on-demand 및 near-field electrospining을 모두 시연할 것입니다.드롭 온 디맨드 인쇄의 경우 먼저 전기 유체역학 제트 프린터의 잉크 저장소를 여과된 은 나노 입자 잉크로 채웁니다. 그런 다음 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 유리 피펫에서 노즐을 준비합니다. 테프론 튜브를 통해 노즐을 잉크 저장소에 연결하여 노즐 홀더를 조립합니다.그런 다음 공기압 컨트롤러를 켜고 잉크 저장소에 15-20킬로파스칼의 공기압을 가합니다. 유리 노즐과 튜브를 통한 잉크의 흐름을 모니터링하여 잉크를 공급할 때 공기가 갇히지 않도록 합니다. 노즐 끝에 잉크가 나타날 때까지 탱크에 공기압을 계속 가하십시오.노즐 팁에 잉크가 나타나기 전에 팁을 줄이면 팁에 기포가 갇힐 수 있으므로 압력을 낮추지 마십시오. 노즐 끝에 잉크가 나타나면 압력을 약 12킬로파스칼로 줄입니다. 이렇게 하면 노즐 팁에서 잉크가 떨어지지 않고 돌출된 메니스커스가 유지됩니다.그런 다음 조립 된 노즐 헤드를 인쇄 시스템에 고정합니다. 사이드 뷰 카메라를 사용하여 노즐 팁과 기판 사이의 간격을 시각화하고 스테이지의 Z축을 이동하여 간격을 약 100마이크로미터로 조정합니다. 갭이 작을수록 전기장이 높아져 제팅을 위한 더 낮은 펄스 전압으로 인쇄하는 것이 용이할 수 있습니다.그러나 갭이 낮을수록 전압이 제대로 조정되지 않으면 더 큰 강하가 발생할 수도 있습니다. 이 시점에서 DC 및 펄스 전압을 적용하기 시작하는 동안 노즐의 잉크를 모니터링합니다. 한 번에 100볼트 미만으로 DC 전압을 점진적으로 증가시킵니다.노즐에서 잉크가 떨어지기 시작하면 잉크가 노즐에서 떨어지는 것을 멈출 때까지 DC 전압을 약간 줄이십시오. 다음으로, 상승 시간을 0에서 100마이크로초, 체류 시간을 300마이크로초, 하강 시간을 0마이크로초로 하여 음의 펄스 전압을 설정합니다. 그런 다음 기판 홀더에 음의 펄스 전압을 인가합니다.이제 펄스 전압의 크기를 조정하여 단일 펄스당 하나의 방울을 생성합니다. 그런 다음 DC 배경과 펄스 전압을 조정하여 기판의 대상 액적 크기를 얻는 동시에 측면 카메라 이미지에서 기판의 제트 점을 관찰합니다. 먼저 인쇄 소프트웨어의 인쇄 탭에서 비트맵 이미지를 로드하고 이진 이미지로 변환합니다.그런 다음 이진 이미지 인쇄를 위한 매개변수를 설정합니다. 예를 들어, 두 드롭 사이의 거리 또는 드롭 간격을 10마이크로미터로 설정합니다. 설정이 완료되면 기판의 대상 위치에서 선택한 비트맵을 사용하여 인쇄를 시작합니다.벡터 인쇄를 준비하려면 패턴의 CAD 정보를 인쇄 소프트웨어에 로드합니다. 그런 다음 인쇄 속도 및 점 간격과 같은 인쇄 매개변수를 설정합니다. 이제 매개 변수가 설정되면 인쇄를 시작합니다.근거리 전기 방사를 수행하려면 먼저 특별히 배합된 은 나노페이스트 잉크를 준비합니다. 이를 위해 에탄올 3부와 탈이온수 1부를 혼합하여 12ml의 용매를 만듭니다. 그런 다음 0.3g의 폴리에틸렌 옥사이드와 9.7g의 준비된 용매를 혼합하여 3% 중량 기준 폴리머 용액을 만듭니다.자석 교반기를 사용하여 실온에서 교반하여 6시간 이상 용액을 철저히 혼합합니다. 이제 용매가 준비된 상태에서 은 나노페이스트 잉크 5부와 준비된 폴리머 용액의 한 부분을 혼합합니다. 와류 믹서를 사용하여 두 가지를 결합하고 10분 동안 혼합하여 잉크를 적절하게 매달립니다.다음으로, 준비된 잉크를 주사기에 채우고 테프론 연결 튜브를 통해 주사기를 노즐에 연결합니다. 주사기를 수동으로 밀어 노즐에 잉크를 공급합니다. 잉크가 노즐에 도달하면 인쇄 시스템에 부착된 주사기 펌프에 주사기를 설치합니다.주사기 펌프를 작동하여 분당 50마이크로리터의 초기 유속으로 잉크 흐름을 생성합니다. 노즐 팁에서 잉크가 흘러나오면 유량을 분당 1마이크로리터로 낮추십시오. 다음으로, 접지 전압이 기판 홀더에 연결된 상태에서 DC 전압 소스를 노즐 커넥터에 적용합니다.DC 전압을 1.5kW로 점차 높입니다. DC 전압은 최대 2킬로볼트까지 증가할 수 있습니다. 그러나 2킬로볼트보다 높은 DC 전압은 잉크를 손상시킬 수 있으므로 피해야 합니다.설정이 완료되면 정상 상태 흐름을 얻기 위해 최소 10분 동안 초당 300mm의 인쇄 속도로 유휴 인쇄를 시작합니다. 이것은 점성 잉크가 긴 튜브에서 압축될 수 있기 때문에 필요합니다. 유휴 인쇄 중 DC 전압 및 유량과 같은 인쇄 매개변수를 조정하여 원하는 인쇄 결과를 얻을 수 있습니다.마지막으로, 현재 정의된 인쇄 매개변수를 사용하여 선택한 패턴을 기판에 인쇄합니다. 도트 기반 drop-on-demand 인쇄 및 래스터 인쇄는 단일 축을 사용하여 주 방향으로 점을 인쇄한 다음 하위 방향의 다음 범위로 이동합니다. 이 래스터 이미지의 드롭 크기는 약 4미크론입니다.대조적으로, 벡터 모드의 도트 기반 drop-on-demand 인쇄는 X 및 Y 방향으로 동시 이동을 수행하고 선을 인쇄하는 데 사용됩니다. 결과 이미지의 선 너비는 4미크론입니다. 근거리 전기 방사는 점성이 높은 잉크를 사용하여 패턴을 연속적으로 인쇄합니다.결과적으로 이 방법은 높은 인쇄 속도를 사용하여 직선을 인쇄하는 데 적합하며 인쇄 속도의 변화에 민감합니다. 원하는 영역에서 일관된 라인 크기를 보장하기 위해 폐기 가능한 느린 영역이 설계에 포함되어야 합니다. 경우에 따라 초당 100밀리미터 미만의 낮은 인쇄 속도를 사용하여 웨이브 패턴을 생성하는 데 낮은 분사 속도를 사용할 수 있습니다.패턴은 다음과 같이 물결 모양이 될 수 있습니다. 이러한 유형의 물결 패턴은 신축성 있는 전자 응용 분야에 유용할 수 있습니다. 개발 후 이 기술은 연구원들이 특정 응용 분야에 대한 미세한 패턴을 생성할 수 있는 길을 열었습니다.이 인쇄 방법은 은 나노 입자 잉크에만 국한되지 않고 다양한 잉크로 다른 응용 분야에서도 사용할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 인쇄에 적절한 잉크를 사용해야 한다는 점을 기억해야 합니다. 이 문서의 텍스트에 제공된 잉크 선택에 대한 일반 지침을 참조하십시오.잉크 선택과 용도에 따라 인쇄 매개변수를 조정하십시오. 화학 물질, 고전압 및 고압으로 작업하는 것은 위험할 수 있으므로 이 절차를 수행하는 동안 항상 예방 조치를 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

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