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

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.