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Bioengineering

उच्च संकल्प Electrohydrodynamic जेट के दो मोड का उपयोग कर पैटर्न: मांग और निकट क्षेत्र Electrospinning पर छोड़

Published: July 10, 2018 doi: 10.3791/57846
Automatic Translation
1, 2, 2
1Department of Electronic Materials and Devices Engineering, Soonchunhyang University, 2Department of Mechanical Engineering, Soonchunhyang University

Summary

यहां, हम electrohydrodynamic (EHD) जेट मुद्रण का उपयोग उच्च संकल्प प्रवाहकीय पैटर्न का उत्पादन करने के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं । प्रोटोकॉल EHD जेट मुद्रण के दो मोड शामिल हैं: सतत पास-फील्ड electrospinning (NFES) और डॉट आधारित ड्रॉप-ऑन-डिमांड (DOD) EHD मुद्रण ।

Abstract

Electrohydrodynamic (EHD) जेट मुद्रण विभिंन क्षेत्रों में ध्यान खींचा है क्योंकि यह एक उच्च संकल्प और कम लागत प्रत्यक्ष पैटर्न उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है । EHD मुद्रण एक द्रव आपूर्तिकर्ता का उपयोग करता है को बनाए रखने के लिए बाहर नोक टिप के स्याही धक्का द्वारा बाहर meniscus । बिजली के क्षेत्र तो सब्सट्रेट करने के लिए उच्च संकल्प पैटर्न का उत्पादन करने के लिए नीचे meniscus खींचने के लिए प्रयोग किया जाता है । EHD मुद्रण के दो तरीके ठीक पैटर्न के लिए इस्तेमाल किया गया है: सतत निकट क्षेत्र electrospinning (NFES) और डॉट आधारित ड्रॉप पर मांग (DOD) EHD मुद्रण । मुद्रण मोड के अनुसार, मुद्रण उपकरण और स्याही चिपचिपापन के लिए आवश्यकताओं को अलग होगा । हालांकि दो अलग मोड एक एकल EHD प्रिंटर के साथ लागू किया जा सकता है, बोध तरीकों काफी स्याही, द्रव प्रणाली के मामले में अलग है, और वोल्टेज ड्राइविंग । नतीजतन, jetting आवश्यकताओं और सीमाओं की एक उचित समझ के बिना, यह वांछित परिणाम प्राप्त करने के लिए मुश्किल है । इस कागज के प्रयोजन के लिए एक दिशानिर्देश ताकि अनुभवहीन शोधकर्ताओं परीक्षण और त्रुटि को अपने विशिष्ट अनुसंधान और विकास के प्रयोजनों के लिए EHD जेट का उपयोग करने के प्रयासों को कम कर सकते है पेश है । ठीक पैटर्न कार्यांवयन का प्रदर्शन करने के लिए, हम प्रोटोकॉल में प्रवाहकीय नमूनों के लिए एजी nanoparticle स्याही का उपयोग करें । इसके अलावा, हम भी सामान्यीकृत मुद्रण दिशानिर्देश है कि विभिंन ठीक-patterning अनुप्रयोगों के लिए स्याही के अंय प्रकार के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है प्रस्तुत करते हैं ।

Introduction

EHD जेट मुद्रण व्यापक रूप से ऐसे मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स, जैव प्रौद्योगिकी, और उंनत सामग्री अनुप्रयोगों के रूप में विभिंन क्षेत्रों में इस्तेमाल किया गया है, क्योंकि यह उच्च संकल्प और कम लागत प्रत्यक्ष1patterning में सक्षम है । मुद्रित लाइन चौड़ाई या मुद्रित डॉट आकार 1 µm को कम किया जा सकता है, जो पारंपरिक पीजो-आधारित inkjet मुद्रण1की तुलना में काफी छोटा है ।

EHD मुद्रण में, स्याही का एक छोटा सा हिस्सा (या meniscus) नोजल टिप से बाहर धकेल दिया है और प्रवाह की दर1,2,3,4,5 या सकारात्मक हवा 1 दबाव को नियंत्रित करने के द्वारा बनाए रखा ,6,7. बाहर निकाले meniscus का आरोप लगाया है और आसानी से एक बिजली के क्षेत्र से सब्सट्रेट करने के लिए नोजल टिप से नीचे खींच सकते हैं, के रूप में 1 चित्रामें दिखाया गया है । शंकु meniscus jetting के दौरान गठन किया है, एक स्याही धारा बहुत नोजल आकार से पतले उत्पादन ।

Figure 1
चित्र 1: EHD मुद्रण । यह आंकड़ा EHD जेट प्रिंटिंग के सिद्धांत को दिखाता है । स्याही दबाव के माध्यम से धक्का दिया और एक बिजली के क्षेत्र के माध्यम से खींचा को नोजल से एक meniscus के फार्म का है । फिर, आरोप लगाया स्याही आसानी से एक डीसी या पल्स वोल्टेज के माध्यम से सब्सट्रेट करने के लिए jetted जा सकता है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

हालांकि एक एकल EHD प्रिंटर दो अलग मोड के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, निकट क्षेत्र electrospinning (NFES) और ड्रॉप पर मांग (DOD) EHD जेट मुद्रण, बोध तरीकों काफी स्याही, द्रव प्रणाली के मामले में अलग है, और ड्राइविंग वोल्टेज1 , 2 , 3. उदाहरण के लिए, NFES4,5 एक अपेक्षाकृत उच्च-चिपचिपा स्याही का उपयोग करता है [अधिक से अधिक १,००० centipoises (cP)] के लिए सतत सूक्ष्म लाइन पैटर्न के साथ बनाने के लिए उच्च गति मुद्रण के लिए ऊपर 1 मी । दूसरी ओर, DOD EHD जेट मुद्रण6,7,8 का उपयोग करता है कम चिपचिपा स्याही के आसपास 10 वाणिज्यिक पत्र की चिपचिपाहट के साथ मुद्रित करने के लिए डॉट आधारित जटिल पैटर्न कम मुद्रण गति से कम 10 मिमी/

प्रत्येक विधा के लिए आवश्यकता के बाद से काफी अलग है, यह अनुभवहीन शोधकर्ताओं के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकता है वांछित परिणाम प्राप्त करने के लिए । अनुभवजंय "पता है कैसे" व्यवहार में महत्वपूर्ण हो सकता है । मदद करने के लिए शोधकर्ताओं मुद्रण विधियों के लिए इस्तेमाल किया हो, हम ठीक प्रवाहकीय nanoparticle स्याही का उपयोग कर पैटर्न के लिए EHD मुद्रण प्रोटोकॉल मौजूद । हालांकि, हम प्रोटोकॉल के लिए टिप्पणी इसलिए कहा कि वे एक प्रवाहकीय nanoparticle स्याही का उपयोग patterning तक ही सीमित नहीं हैं । अंत में, मुद्रण और तैयारी दिशानिर्देश चर्चा अनुभाग में प्रस्तुत किए गए हैं ।

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Protocol

स्वास्थ्य और सुरक्षा प्रयोजनों के लिए, किसी भी स्याही और सफाई समाधान का उपयोग करने से पहले, सामग्री सुरक्षा डेटा पत्रक (MSDS) को देखें ।

1. ड्रॉप-ऑन-डिमांड Electrohydrodynamic जेट प्रिंटिंग सिल्वर Nanoparticle इंक का उपयोग

  1. EHD मुद्रण प्रणाली की स्याही जलाशय में फ़िल्टर चांदी nanoparticle (AgNP) स्याही भरें ।
    नोट: inkjet उद्देश्य के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध AgNP इंक का उपयोग किया जा सकता है । स्याही के आसपास 10 सीपी और 20 के एक सतह तनाव का चिपचिपापन होना चाहिए ~ ४० mN/एम को प्राप्त करने के लिए ड्रॉप पर मांग jetting ।
  2. एक थर्मल खींचने का उपयोग करके DOD EHD मुद्रण के लिए एक नोजल बनाओ ।
    1. थर्मल खींचने में एक ग्लास केशिका [इनर व्यास (आईडी) 1 मिमी] प्लेस ।
    2. थर्मल खींचने के मापदंडों सेट; उदाहरण के लिए, ५८०-५९० ° c की सीमा में ताप तापमान और लगभग 18 mm की पुलिंग गति/
      नोट: थर्मल खींचने के लिए पैरामीटर लक्ष्य नोक आईडी और परिवेश की स्थिति के अनुसार अलग करना चाहिए ।
    3. सेट मानकों के साथ थर्मल खींचने के लिए केशिका के केंद्र में गर्मी लागू करते हैं और 5 µm की एक आईडी के साथ एक नोक बनाने के लिए इसके सिरों के दोनों पर खींच संचालित.
      नोट: का आकार निर्धारित करें नोजल पर लक्ष्य डॉट आकार के आधार पर आईडी सब्सट्रेट । संदर्भ के लिए, 5 µm की नोक आईडी 5 µm-आकार डॉट्स प्रिंट सकता है ।
    4. एक गिलास कटर के माध्यम से कांच नोजल काटने से कांच नोजल लंबाई समायोजित करें ।
  3. नोजल धारक और कनेक्टर, जो polytetrafluoroethylene (PTFE) टयूबिंग के माध्यम से स्याही जलाशय से जुड़े होते है नोजल को इकट्ठा ।
  4. हवा के दबाव को लागू करने के लिए नोजल टिप को स्याही की आपूर्ति ।
    1. हवा दबाव नियंत्रक पर बारी और 15 ~ 20 केपीए के हवा के दबाव को स्याही जलाशय के लिए नोजल टिप को स्याही की आपूर्ति करने के लिए लागू होते हैं । पारदर्शी ग्लास नोक और टयूबिंग के माध्यम से स्याही प्रवाह की निगरानी करने के लिए सुनिश्चित करें कि कोई हवा ट्यूब और नोजल के अंदर फंस गया है जब स्याही की आपूर्ति । स्याही जलाशय के लिए हवा का दबाव लागू रखें जब तक स्याही नोक टिप पर प्रकट होता है ।
      नोट: दबाव कम नहीं है इससे पहले कि स्याही नोक नोक पर प्रकट होता है क्योंकि हवा बुलबुला नोक नोक पर फंसाने के कारण सकता है ।
    2. लगभग 12 केपीए को दबाव को कम करने के लिए किसी भी नोक टिप से टपकाव का स्याही के बिना बाहर meniscus बनाए रखने के ।
      नोट: उचित हवा का दबाव नोक आकार और स्याही चिपचिपापन पर निर्भर करता है । अत्यधिक वायु संपीड़न से बचने के लिए 30 से अधिक केपीए के लिए हवा का दबाव बढ़ाएं नहीं, जो स्थिर हालत में meniscus को बनाए रखने के लिए अवांछनीय है ।
  5. मुद्रण प्रणाली में इकट्ठे नोजल सिर को ठीक करें ।
  6. सब्सट्रेट धारक के निर्वात चक पर एक गिलास सब्सट्रेट प्लेस और सब्सट्रेट पकड़ करने के लिए वैक्यूम पंप पर बारी ।
  7. Z-अक्ष चरण हटो-दूर दूरी (एच)-नोक टिप और सब्सट्रेट स्थिति के बीच अंतर-लगभग १०० µm को समायोजित करने के लिए निगरानी कैमरे द्वारा अधिग्रहीत साइड दृश्य छवि का उपयोग करने से दूरी का उपयोग करके स्टैंड-ऑफ दूरी का अनुमान लगाने के लिए नोजल इसके प्रतिबिंब के लिए टिप, के रूप में चित्रा 2में दिखाया गया है ।
    नोट: एक छोटे से खड़े दूरी एक उच्च बिजली के क्षेत्र है, जो jetting के लिए एक कम डीसी और पल्स वोल्टेज के साथ मुद्रण की सुविधा सकता है की ओर जाता है । हालांकि, एक कम स्टैंड-ऑफ दूरी बड़ी बूंदों को ले जा सकता है । इसलिए, वोल्टेज की भयावहता को कम किया जाना चाहिए तदनुसार वांछित डॉट आकार प्राप्त करने के लिए । सामांय में, एक कम वोल्टेज का उपयोग कम छिड़काव के साथ छोटे मुद्रित डॉट्स प्राप्त करने के लिए सिफारिश की है । हालांकि, एक सावधान आपरेशन की आवश्यकता है यदि स्टैंड-ऑफ दूरी से कम हो जाता है ५० µm, सब्सट्रेट के साथ टकराव द्वारा नोजल टूटना की अधिक संभावना के कारण. jetting क्षमता और विश्वसनीयता के बीच व्यापार बंद संबंध को ध्यान में रखते हुए, हम १०० µm की एक स्टैंड-ऑफ दूरी के उपयोग की सलाह देते हैं ।

Figure 2
चित्रा 2: साइड दृश्य कैमरा छवि का उपयोग करके स्टैंड-ऑफ दूरी समायोजन. एक ओर देखने वाले कैमरे से नोजल इमेज स्टैंड की दूरी का अनुमान लगाया जा सकता है । स्टैंड-दूरी (एच) से नोजल टिप सब्सट्रेट करने के लिए आसानी से अपनी छाया के लिए नोजल टिप से आधा दूरी के रूप में अनुमान किया जा सकता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

  1. आवेदन करें डीसी और पल्स वोल्टेज
    नोट: डीसी और पल्स वोल्टेज मुद्रण सॉफ्टवेयर के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है.
    1. बढ़ाएं डीसी वोल्टेज धीरे से जब तक स्याही नोक टिप से बाहर ड्रिप ।
      नोट: एक बार में लक्ष्य वोल्टेज लागू नहीं है । वृद्धिशील वोल्टेज एक समय में १०० V से कम होना चाहिए । कुल मिलाकर, एक डीसी वोल्टेज से अधिक ६०० वी लागू नहीं है ।
    2. डीसी वोल्टेज से थोड़ा कम शुरुआत डीसी वोल्टेज जब तक कोई आगे नोजल से टपकता स्याही मनाया जाता है ।
      नोट: वायवीय दबाव और डीसी वोल्टेज के समायोजन के बाद, meniscus jetting के लिए एक उपयुक्त आकार में होना चाहिए जैसा कि अनुपूरक आंकड़ा एसमें दिखाया गया है ।
    3. सेट एक नकारात्मक पल्स वोल्टेज के मापदंडों के साथ टीउदय = 0 ~ १०० µs, tनिवास = ३०० µs, और tfall = 0 µs7 (चित्रा 3) में सॉफ्टवेयर मेनू.
    4. सब्सट्रेट धारक पर नकारात्मक पल्स वोल्टेज लागू होते हैं । फिर, एक पल्स वोल्टेज प्रति एक छोटी बूंद का उत्पादन करने के लिए पल्स वोल्टेज, वीपल्सकी भयावहता को समायोजित करें ।
      नोट: नकारात्मक पल्स वोल्टेज की भयावहता, वीपल्स, से कम होना चाहिए ६०० वी.
    5. साइड व्यू कैमरा छवि में सब्सट्रेट पर jetted डॉट्स देख जबकि सब्सट्रेट पर लक्ष्य छोटी बूंद आकार प्राप्त करने के लिए डीसी पृष्ठभूमि और पल्स वोल्टेज को समायोजित करें ।
      नोट: सब्सट्रेट पर कम छिड़काव के साथ छोटे डॉट्स का उत्पादन करने के लिए, पल्स वोल्टेज की भयावहता, वीपल्स, के रूप में संभव के रूप में कम होना चाहिए.

Figure 3
चित्रा 3: DOD EHD jetting के लिए पल्स वोल्टेज । चतुर्भुज तरंग वोल्टेज का उपयोग DOD EHD jetting7का उत्पादन करने के लिए सिफारिश की है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

  1. मुद्रण प्रतिमान
    नोट: दो पैटर्न के विभिंन प्रकार के DOD EHD मुद्रण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है: बिटमैप छवि और (सीएडी)-आधारित वेक्टर जानकारी । बिटमैप छवि DOD-आधारित inkjet मुद्रण में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है । हालांकि, मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों के मामले में, CAD-आधारित वेक्टर जानकारी DOD-आधारित inkjet मुद्रण पर लाभ है, क्योंकि यह एक एकल EHD सिर का उपयोग कर लाइन-आधारित मुद्रण में कुशल है । एक ही समय में, वेक्टर जानकारी बिटमैप छवि मुद्रण के लिए एक बिटमैप छवि में कनवर्ट किया जा सकता है ।
    1. बिटमैप छवि मुद्रण
      1. मुद्रण सॉफ़्टवेयर के मुद्रण टैब में एक बिटमैप छवि लोड करें और इसे बायनेरी छवि में कनवर्ट ।
      2. बाइनरी छवि मुद्रण के लिए पैरामीटर्स सेट करें । उदाहरण के लिए, 10 µm पर ड्रॉप अंतराल (यानी, 2 लगातार पिक्सल के बीच की दूरी) सेट करें ।
        नोट: बिटमैप छवि कोई भौतिक आयाम नहीं है । मुद्रित छवि के भौतिक आयाम ड्रॉप अंतराल से संबंधित होंगे । उदाहरण के लिए, एक बड़ी ड्रॉप अंतराल का उपयोग किया जाता है, तो मुद्रित छवि बड़ा हो जाता है । पारंपरिक inkjet मुद्रण में, डॉट प्रति इंच (DPI) सामांयतः इस उद्देश्य के लिए उपयोग किया गया है । हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एक छोटे DPI एक बड़ी ड्रॉप अंतराल का अर्थ है । क्रम में ड्रॉप अंतराल का निर्धारण करने के लिए, मुद्रित डॉट आकार पर विचार किया जाना चाहिए । सामांय में, EHD DOD मुद्रण के लिए ड्रॉप अंतराल पारंपरिक inkjet मुद्रण की तुलना में काफी छोटा है ।
      3. सब्सट्रेट में लक्ष्य स्थान पर चयनित बिटमैप का उपयोग कर मुद्रण प्रारंभ करें ।
    2. वेक्टर सीएडी सूचना के आधार पर मुद्रण
      1. मुद्रण के लिए CAD जानकारी लोड ।
        नोट: फ़ाइल स्वरूप DXF, जो पाठ-आधारित CAD जानकारी है, मुद्रण जानकारी के लिए उपयोग किया जा सकता है ।
      2. वेक्टर मुद्रण के लिए पैरामीटर्स सेट करें; उदाहरण के लिए, ड्रॉप अंतराल पर 3 µm और jetting आवृत्ति पर 10 हर्ट्ज सेट करें ।
        नोट: कनेक्ट लाइन पैटर्न मुद्रित करने के लिए, ड्रॉप अंतराल ताकि सन्निकट रूप से जमा थोड़ा ओवरलैप ड्रॉप चुना जाना चाहिए । हालांकि, बहुत अधिक अधिव्याप्त एक बड़ी रेखा चौड़ाई में परिणाम हो सकता है । के बारे में 30% की एक अतिव्यापी किसी भी व्यावहारिक लाइन मुद्रण के लिए सिफारिश की है । वेक्टर मुद्रण के मामले में, गति गति (v) निंनलिखित समीकरण ।
        v = d × च
        यहाँ
        डी = ड्रॉप अंतराल, और
        च = jetting कव ।
      3. ऐसे ड्रॉप अंतराल के रूप में पूर्व निर्धारित मुद्रण मापदंडों, का उपयोग कर सब्सट्रेट पर लोड पैटर्न प्रिंट, मुद्रण की गति, वोल्टेज, आदि.
        नोट: मुद्रण के बाद, एक sintering प्रक्रिया मुद्रित पैटर्न है, जो इस कागज के दायरे से बाहर है की वांछित चालकता प्राप्त करने के लिए आवश्यक हो सकता है ।

2. ठीक प्रवाहकीय लाइन के पास का उपयोग कर पैटर्न-क्षेत्र Electrospinning

  1. कंडक्टर लाइन मुद्रण के लिए निकट क्षेत्र electrospinning (NFES) स्याही बनाओ ।
    1. मिश्रण इथेनॉल और (di) 3 के एक खंड अनुपात के साथ पानी (di पानी) 1 विलायक तैयार करने के लिए जल । उदाहरण के लिए, मिश्रण 9 इथेनॉल के मिलीलीटर और DI पानी की 3 मिलीलीटर विलायक 1 के 12 मिलीलीटर बनाने के लिए ।
    2. मिश्रण ०.३ पाली (ईथीलीन ऑक्साइड) के जी (पेो, एमwt = ४००,०००) और तैयार विलायक 1 का एक बहुलक समाधान बनाने के लिए पेो के 3 wt% के साथ एक पॉलिमर हल करने के लिए, से अधिक 6 घंटे के लिए कमरे के तापमान (25 डिग्री सेल्सियस) में एक चुंबकीय सरगर्मी का उपयोग कर ।
    3. मिश्रण एजी नैनो पेस्ट स्याही, जो के बारे में ११,००० सीपी का चिपचिपापन है, और तैयार बहुलक समाधान, 5 (एजी नैनो पेस्ट स्याही) 1 (बहुलक समाधान) के लिए एक भंवर मिक्सर का उपयोग करके NFES के लिए स्याही प्राप्त करने के लिए एक वजन अनुपात के साथ। उदाहरण के लिए, 10 एजी नैनो पेस्ट स्याही के जी और बहुलक समाधान के 2 जी NFES स्याही प्राप्त करने के लिए मिलाया जा सकता है ।
      नोट: इस प्रोटोकॉल में, मिश्रण सामग्री का अनुपात आम तौर पर सामग्री की विशिष्ट राशि से अधिक महत्वपूर्ण है. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध स्क्रीन मुद्रण प्रयोजनों के लिए एजी नैनो पेस्ट स्याही, जो के बारे में ८५.५ wt% की ठोस सामग्री एजी है, इस प्रयोजन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । ध्यान दें कि विलायक और बहुलक का चयन स्याही का उपयोग किया जाता है की संरचना के आधार पर अलग सकता है ।
  2. सिरिंज में तैयार NFES इंक भरें ।
  3. जोड़ने ट्यूब के माध्यम से एक नोजल के साथ सिरिंज कनेक्ट.
    नोट: १०० µm की एक आईडी के साथ एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सिरिंज सुई नोजल के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
  4. मैंयुअल रूप से सिरिंज धक्का द्वारा नोजल को स्याही की आपूर्ति ।
  5. सिरिंज की मोटर में सिरिंज इंस्टॉल करें, जो प्रिंटिंग सिस्टम से जुड़ा होता है.
  6. वैक्यूम चक पर एक सब्सट्रेट प्लेस और वैक्यूम पंप पर बारी करने के लिए मुद्रण के दौरान सब्सट्रेट पकड़ो ।
  7. स्टैंड-ऑफ दूरी को समायोजित करने के लिए Z-स्थिति (चरण) को नियंत्रित करें ।
    नोट: सिफारिश स्टैंड से दूरी के आसपास होना चाहिए 2 मिमी, जो एक पारंपरिक electrospinning के साथ प्रयोग किया जाता की तुलना में एक काफी छोटे खड़े दूरी है.
  8. प्रवाह दर समायोजित करें
    1. सिरिंज पंप काम करने के लिए नोक विधानसभा में NFES स्याही को भरने और ५० µ l/मिनट, जो लक्ष्य प्रवाह की दर से अधिक है की एक प्रारंभिक प्रवाह दर के साथ एक स्याही प्रवाह उत्पंन करते हैं ।
    2. 1 µ l/मिनट की एक लक्ष्य प्रवाह दर सेट करें जब स्याही नोजल टिप से बाहर बहती है ।
      नोट: एक छोटे प्रवाह की दर एक छोटे पैटर्न चौड़ाई में परिणाम कर सकते हैं । हालांकि, यह लाइन टूटना कारण सकता है । लक्ष्य प्रवाह दर निर्धारित होने पर लाइन की चौड़ाई और निरंतरता के बीच व्यापार बंद करने पर विचार किया जाना चाहिए ।
  9. वोल्टेज लागू
    1. नोजल कनेक्टर के लिए डीसी वोल्टेज स्रोत से कनेक्ट और सब्सट्रेट धारक को जमीन वोल्टेज कनेक्ट.
    2. १.५ केवी के लिए-धीरे डीसी वोल्टेज वृद्धि हुई है ।
      नोट: चूंकि स्टैंड-ऑफ दूरी कुछ मिलीमीटर की रेंज में है, इसलिए डीसी वोल्टेज को 2 केवी तक बढ़ाया जा सकता है, जो कि DOD EHD जेट प्रिंटिंग की तुलना में अधिक है । हालांकि, एक डीसी वोल्टेज से अधिक 2 केवी से बचा जाना चाहिए क्योंकि यह कार्यात्मक सामग्री, विशेष रूप से एजी पेस्ट स्याही को नुकसान हो सकता है, बहुलक समाधान में जोड़ा । सामांय में, एक कम डीसी वोल्टेज की सिफारिश की है जब एक पतली मुद्रित लाइन की आवश्यकता है । हालांकि, मुद्रित लाइनों आसानी से डिस्कनेक्ट हो सकता है जब एक कम वोल्टेज का उपयोग किया जाता है, क्योंकि लगातार स्याही मुद्रण के लिए खींच बल डीसी वोल्टेज से संबंधित है । व्यापार नापसंद को ध्यान में रखते हुए, हम एक डीसी वोल्टेज के उपयोग की सिफारिश 1 केवी से 2 केवी से लेकर ।
  10. एक स्थिर-स्थिति प्रवाह प्राप्त करने के लिए 10 से अधिक मिनट के लिए ३०० mm/s की मुद्रण गति के साथ निष्क्रिय मुद्रण प्रारंभ करें । मुद्रण पैरामीटर्स जैसे कि DC वोल्टेज और प्रवाह दर निष्क्रिय मुद्रण के दौरान इच्छित मुद्रण परिणाम प्राप्त करने के लिए समायोजित करें ।
    नोट: चिपचिपा स्याही नोजल टिप करने के लिए स्याही डिलीवरी के दौरान लंबी टयूबिंग में संकुचित किया जा सकता है क्योंकि एक स्थिर स्थिति प्रवाह प्राप्त करने के लिए 10 से अधिक मिनट की निष्क्रिय छपाई की आवश्यकता है । निष्क्रिय मुद्रण के बिना, मुद्रित पंक्ति की चौड़ाई समय के साथ परिवर्तित हो सकती है । निष्क्रिय मुद्रण गति चाहिए, इस प्रकार, वास्तविक मुद्रण गति के रूप में एक ही हो ताकि jetting पैरामीटर मुद्रण के दौरान समायोजित किया जा सकता है । इस तरह, DC वोल्टेज निष्क्रिय मुद्रण के दौरान लक्ष्य रेखा चौड़ाई प्राप्त करने के लिए समायोजित है । ध्यान दें कि प्रवाह की दर और डीसी वोल्टेज संतुलित किया जाना चाहिए, ताकि सिरिंज पंप द्वारा धक्का दिया स्याही की राशि बिजली के क्षेत्र से नीचे खींच लिया स्याही की राशि के बराबर हो सकता है ।
  11. मुद्रण प्रतिमान, जैसे एक सतत रेखा और ग्रिड प्रतिमान चुनें ।
    नोट: के बाद से उत्पादित फाइबर आसानी से से ध्यान नहीं दिया जा सकता है और बेतरतीब ढंग से मुद्रित लाइनों द्वारा उत्पन्न चार्ज reलैबोरेटरी बल की वजह से जमा किया जा सकता है, मुद्रण की गति के साथ पैटर्न संरेखित करने के लिए ३०० mm/s से अधिक होना चाहिए मुद्रण दिशाओं, और मुद्रित पंक्तियों के बीच रिक्ति बांधना या रेखा प्रतिमान मुद्रित करने के लिए १०० से अधिक µm होने की अनुशंसा की जाती है ।
  12. पूर्व निर्धारित मुद्रण मापदंडों का उपयोग सब्सट्रेट पर चयनित पैटर्न प्रिंट.
    नोट: एक sintering प्रक्रिया मुद्रित पैटर्न है, जो इस कागज के दायरे से बाहर है की लक्ष्य कार्यक्षमताओं को प्राप्त करने के लिए आवश्यक हो सकता है ।

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Representative Results

Dot-आधारित ड्रॉप-ऑन-डिमांड मुद्रण:
DOD मुद्रण एक jetting ट्रिगर प्रति jetting एक छोटी बूंद पर आधारित है । DOD jetting का उत्पादन करने के लिए, लगभग 10 सीपी का चिपचिपापन के साथ कम चिपचिपा स्याही इस्तेमाल किया जाना चाहिए । EHD DOD मुद्रण के लिए स्याही आवश्यकता पारंपरिक DOD inkjet के समान है, के रूप में EHD है कि पारंपरिक DOD inkjet के लिए मुद्रण विधि है । पारंपरिक inkjet मुद्रण के मामले में, रैस्टर मुद्रण तकनीक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया गया है, क्योंकि यह बिटमैप छवि बहु नोक सिर का उपयोग कर मुद्रण के लिए उपयुक्त है । हालांकि, एक EHD जेट मुद्रण के मामले में, वहां बहु नोक बिजली के पार की वजह से नलिका के बीच बात सिर के कार्यांवयन पर एक सीमा है । इस प्रकार, वेक्टर एक एकल नोक का उपयोग कर मुद्रण सामांयतः सीएडी के लिए प्रयोग किया जाता है आधारित लाइन मुद्रण । बहरहाल, या तो रैस्टर या वेक्टर मुद्रण मोड मुद्रण सॉफ्टवेयर से चयन किया जाना चाहिए पैटर्न के विभिंन प्रकार के मुद्रण के लिए । ध्यान दें कि एल्गोरिथ्म और कार्यांवयन मुद्रण मोड के अनुसार अलग कर सकते हैं । वेक्टर मोड में, xमें एक साथ आंदोलनों, y दिशाओं लाइनों को मुद्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है, जबकि, रैस्टर मुद्रण में, एक एकल अक्ष मुख्य दिशा में डॉट्स मुद्रित करने के लिए और फिर उप-दिशा में अगले ःवाथ के लिए ले जाने के लिए उपयोग किया जाता है । रैस्टर और वेक्टर मुद्रण का उपयोग करके प्रतिनिधि मुद्रण परिणाम आरेख 4में दिखाए जाते हैं ।

Figure 4
चित्र 4: DOD EHD jetting का उपयोग करके विशिष्ट मुद्रण परिणाम । (a) यह पैनल बिटमैप मुद्रण (रैस्टर printing) दिखाता है । (ख) इस पैनल के वेक्टर मुद्रण सीएडी जानकारी के आधार पर पता चलता है । डॉट-आधारित EHD जेट मुद्रण दोनों बिटमैप छवियाँ (रैस्टर मुद्रण) और CAD-आधारित पंक्तियाँ (वेक्टर मुद्रण) मुद्रित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है । यहां, डीसी वोल्टेज की २५० वी और एक पल्स वोल्टेज की-२५० वी दोनों पैटर्न मुद्रित किया गया । पैनल एमें, ड्रॉप अंतराल 10 µm के लिए सेट करने के लिए डॉट्स अलग करने के लिए किया गया था । पैनल बीमें, पैटर्न 10 हर्ट्ज की एक आवृत्ति और 3 µm की एक बूंद अंतराल का उपयोग कर मुद्रित किया गया था ताकि डॉट्स फार्म लाइनों से जुड़े हैं ।

नियर-फील्ड electrospinning:
NFES से अधिक १,००० cP का अत्यधिक चिपचिपा स्याही का उपयोग करता है लगातार पैटर्न प्रिंट । इसलिए, यह बिटमैप छवियाँ मुद्रण और गैर-मुद्रण स्थानों के साथ और न ही CAD जानकारी मुद्रित नहीं कर सकता । नतीजतन, जटिल पैटर्न के बजाय, NFES एक उच्च मुद्रण गति का उपयोग करके सीधे लाइनों मुद्रण के लिए उपयुक्त है । ग्रिड पैटर्न आमतौर पर चित्र 5में दिखाए गए के रूप में उपयोग किया जाता है ।

Figure 5
चित्रा 5: NFES का विशिष्ट मुद्रण परिणाम. (क) इस पैनल electrospinning मुद्रण के लिए एक ठेठ ग्रिड पैटर्न से पता चलता है । (ख) इस पैनल के मुद्रण के परिणाम पर छपाई की गति का प्रभाव दिखाई देता है. NFES दो प्रयोजनों के लिए एक उच्च मुद्रण गति की आवश्यकता है: पैटर्न चौड़ाई को कम करने के लिए और मुद्रण की दिशा के संबंध में मुद्रण पैटर्न संरेखित करें । चूंकि धीमे मुद्रण क्षेत्र में jetting व्यवहार अप्रत्याशित होता है, इसलिए तेज़ मुद्रण क्षेत्र को गैर-सीधी-रेखा भागों को छोड़कर उपयोग करना चाहिए ।

NFES का उपयोग कर लगातार पैटर्न मुद्रित करने के लिए, मुद्रण की गति मुद्रण दिशा के साथ मुद्रित पैटर्न संरेखित करने के लिए ३०० mm/ एक तेज मुद्रण गति भी एक पतली पैटर्न चौड़ाई11को प्राप्त करने में मदद करता है । नोजल आईडी के संबंध में पैटर्न चौड़ाई की कमी अनुपात 20x से अधिक हो सकता है, मुद्रण शर्तों के आधार पर । उदाहरण के लिए, १०० µm की एक नोक आईडी एक पैटर्न चौड़ाई 5 µm से छोटी उपज सकता है । तो, NFES बहुत ठीक पैटर्न अत्यधिक चिपचिपा स्याही का उपयोग कर प्राप्त करने के लिए एक बहुत ही प्रभावी तरीका है । हालांकि, पैटर्न सीधे और चौड़ाई आसानी से मुद्रण गति भिंनता के अधीन हैं । ध्यान दें कि वहां अपरिहार्य त्वरण और मंदी क्षेत्रों जहां मुद्रण की गति बहुत कम हो (या शूंय) मुद्रण की दिशा बदलने के लिए कर सकते हैं । उन क्षेत्रों में, मुद्रित पैटर्न के चलते दिशा के संबंध में गैर-समान और गैर-संरेखित हो सकता है । इसलिए, हम केवल उच्च-गति क्षेत्र के पास मुद्रित प्रतिमानों के उपयोग की अनुशंसा करते हैं । एक्सेलेरेशन और मंदी क्षेत्रों (कम मुद्रण गति क्षेत्रों) के पास मुद्रित प्रतिमान छोड़ दिए जाने चाहिए, जैसा चित्र 5 एमें दिखाया गया है । कुछ मामलों में, एक कम jetting गति एक लहर पैटर्न उत्पंन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । १०० mm/s से कम मुद्रण गति का उपयोग करके, प्रतिमान लहरदार हो सकते हैं, जैसा आरेख 6में दिखाया गया है । लहराती पैटर्न स्केलेबल इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों में उपयोगी हो सकता है । हालांकि, रेखा की चौड़ाई कम मुद्रण गति के कारण 10 से अधिक µm तक बढ़ा सकते हैं ।

Figure 6
चित्र 6: कम मुद्रण गति का उपयोग करके लहरदार प्रतिमान का उदाहरण । एक कम मुद्रण गति (के बारे में १०० mm/ कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

कुछ मुद्रण अनुप्रयोगों में, 1 µm से छोटी चौड़ाई के साथ अत्यंत ठीक पैटर्न की आवश्यकता होती है । इस तरह के एक ठीक पैटर्न प्राप्त करने के लिए, एक मुद्रण की गति के रूप में तेजी से 1 मी पर विचार किया जा सकता है । हालांकि, एक जरूरत से ज्यादा उच्च मुद्रण की गति में परिणाम कर सकते है डिस्कनेक्ट (या टूटी हुई) लाइनें । तो, इस तरह के प्रवाह की दर, लाइन चौड़ाई, मुद्रण की गति, और बहुलक की खिंचाव के रूप में विभिंन मुद्रण की स्थिति में आदेश किसी भी लाइन टूटना बिना ठीक पैटर्न मुद्रित करने के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए । उदाहरण के लिए, चित्र 7 मुद्रण परिणामों पर प्रवाह दर प्रभाव दिखाता है जब मुद्रण गति और DC वोल्टेज है ३०० mm/s और १,२०० V, क्रमशः ।

Figure 7
चित्रा 7: प्रवाह की दर के अनुसार पैटर्न चौड़ाई । प्रवाह की दर पैटर्न चौड़ाई से संबंधित है । एक कम प्रवाह दर के साथ, एक महीन पैटर्न प्राप्त किया जा सकता है । उदाहरण के लिए, यदि प्रवाह दर ५० µ l/मिनट के साथ उच्च है, तो linewidth ३४ µm के साथ बड़ी होगी । जब प्रवाह की दर को कम कर देता है 1 µ l/मिनट और ०.१ µ l/मिनट, महीन पैटर्न की चौड़ाई के साथ 8 µm और 1 µm, क्रमशः, प्राप्त किया जा सकता है । ध्यान दें कि यदि प्रवाह की दर बहुत छोटी है, तो रेखा प्रतिमान भंग और डिस्कनेक्ट किया जा सकता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्र s: स्टैंडबाय meniscus आकार मुद्रण शर्तों के अनुसार । उचित meniscus आकार उचित हवा के दबाव और एक डीसी पृष्ठभूमि वोल्टेज के माध्यम से मुद्रण प्रक्रिया भर में बनाए रखा जाना चाहिए ताकि स्थिर DOD jetting प्राप्त करने के लिए । कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए ।

चित्र S2: electrospinning मुद्रण के योजनाबद्ध । electrospinning मुद्रण के लिए घटक दिखाए जाते हैं । ध्यान दें कि एक उच्च डीसी वोल्टेज नोक धारक को लागू किया गया स्याही के लिए बिजली के आरोपों की आपूर्ति और बिजली के क्षेत्र है कि सब्सट्रेट करने के लिए स्याही खींचती उपज । NFES के मामले में, स्टैंड-नोजल टिप से दूरी सब्सट्रेट करने के लिए 1 ~ 3 मिमी मुद्रण दिशा के साथ सीधे लाइन छपाई के लिए होना चाहिए । कृपया यहां क्लिक करें इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए ।

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Discussion

इस प्रोटोकॉल में, हम दो मोड के साथ AgNP स्याही का उपयोग ठीक पैटर्न मुद्रण पर ध्यान केंद्रित: DOD EHD मुद्रण और NFES । हालांकि, EHD जेट मुद्रण अनुप्रयोग AgNP का उपयोग करते हुए प्रवाहकीय इंक तक सीमित नहीं है । यहां, हम स्याही के चयन के लिए सामांय दिशा निर्देशों, सिस्टम विंयास, और अंय मुद्रण के लिए विभिंन ठीक पैटर्न अनुप्रयोगों के लिए EHD जेट मुद्रण का उपयोग करने की जरूरत मापदंडों पर चर्चा करेंगे ।

EHD मुद्रण के लिए पहला और सबसे महत्वपूर्ण कदम स्याही चयन और तैयारी है । पारंपरिक inkjet छपाई में इस्तेमाल होने वाली स्याही को DOD EHD प्रिटिंग में इस्तेमाल किया जा सकता है । DOD inkjet मुद्रण के लिए स्याही की चिपचिपापन 1 की सीमा में है ~ ५० cp (आमतौर पर 10 वाणिज्यिक पत्र)14। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि DOD EHD मुद्रण के लिए वायवीय नियंत्रण विधि एक पारंपरिक DOD inkjet की है कि से अलग है । पारंपरिक inkjets उपयोग नकारात्मक दबाव नोजल सतह के अंदर meniscus स्थान बनाए रखने के लिए किसी भी स्याही टपकाव का है और गीला नोजल को रोकने के । दूसरी ओर, EHD DOD मुद्रण सकारात्मक दबाव का उपयोग करता है, जो स्याही धक्का करने के लिए एक बाहर meniscus फार्म कर सकते हैं । ध्यान दें कि अगर स्याही चिपचिपापन अधिक से अधिक १०० सीपी हो जाता है, meniscus को नियंत्रित करने के लिए मुश्किल है, क्योंकि हवा तो आसानी से बजाय नोजल टिप को धक्का स्याही संकुचित किया जा सकता है । jetting के लिए चिपचिपापन रेंज नोक आईडी पर निर्भर कर सकते हैं । यदि एक छोटे नोजल आईडी का प्रयोग किया जाता है, चिपचिपाहट के अनुसार कम किया जाना चाहिए ताकि बहुत अधिक हवा संपीड़न के बिना नोक टिप को स्याही की आपूर्ति के लिए ।

स्याही की सतह तनाव उचित jetting के लिए भी महत्वपूर्ण है । स्याही की सतह तनाव 20-40 mN की सीमा में होना चाहिए/ यदि सतह तनाव से कम है 20 mN/एम, छिड़काव प्रभाव हावी हो जाएगा । यदि सतह तनाव ४० से अधिक है mN/एम, यह एक शंकु meniscus, जो उचित EHD jetting के लिए आवश्यक है फार्म का मुश्किल हो जाएगा ।

Figure 8
चित्र 8: EHD jetting की सतह तनाव प्रभाव । इंक के लिए अनुशंसित सरफ़ेस तनाव 20-40 mN/m की श्रेणी में है । सतह तनाव कम हो जाता है, तो सब्सट्रेट पर छिड़काव प्रभाव हावी हो जाएगा । दूसरी ओर, अगर सतह तनाव बहुत अधिक है, उचित EHD jetting की संभावना नहीं है, क्योंकि शंकु meniscus को प्राप्त करने के लिए मुश्किल है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

यदि एक स्याही की सतह तनाव से अधिक है ४० mN/एम, surfactant की एक छोटी राशि की सतह तनाव को कम करने के लिए स्याही के लिए जोड़ा जा सकता है । हालांकि, अत्यधिक surfactant का उपयोग सब्सट्रेट पर स्याही के छिड़काव के कारण हो सकता है । ध्यान दें कि कुछ ध्रुवीकरण के साथ आरोप लगाया स्याही जेट उड़ान के दौरान एक प्रतिकारक बल का उत्पादन, सब्सट्रेट पर छिड़काव में जिसके परिणामस्वरूप कर सकते हैं । छिड़काव प्रभाव को कम करने के लिए, या तो ड्राइविंग वोल्टेज या स्टैंड दूरी की कमी को माना जा सकता है ।

विश्वसनीय jetting के लिए एक अंय महत्वपूर्ण पैरामीटर उबलते बिंदु है । चूंकि नोजल आईडी एक EHD जेट के मामले में बहुत छोटा है, बाहर निकाला meniscus, सकारात्मक दबाव के कारण, आसानी से सूख सकता है और नोजल रोकना । किसी भी नोजल टिप पर सुखाने स्याही को कम करने के लिए, मुख्य विलायक तथ्य यह है कि इसके उबलते बिंदु १५० डिग्री सेल्सियस से अधिक है के आधार पर चुना जाना चाहिए । कण एकत्रीकरण के कारण किसी भी कॉलेस्ट्रॉल को रोकने के लिए, के साथ फिल्टर के साथ स्याही छानने पर विचार pores एक आकार नोजल आईडी से छोटे । इसके अलावा, स्याही में कणों से कम 10x नोजल आईडी से छोटे होना चाहिए । सामांय में, स्याही है कि एक पारंपरिक पीजो inkjet के लिए उपयुक्त है भी DOD EHD मुद्रण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

NFES स्याही DOD EHD inkjet स्याही की तुलना में उच्च चिपचिपापन है । चिपचिपापन कई हजार सीपी की श्रेणी में होना चाहिए । एक सतत मुद्रण के लिए, एक बहुलक समाधान कार्यात्मक स्याही के साथ मिलाया जाता है । NFES के आवेदन हाल ही में फाइबर उत्पादन15से,विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए16 बहुलक समाधान के साथ कार्यात्मक सामग्री मिश्रण से बढ़ाया गया है17. बहुलक समाधान के लिए, पेो और PVP (polyvinylpyrrolidone), आदि4,5,17,18,19, जो एक उच्च आणविक भार है, सामांयतः उपयोग किया जाता है । NFES के साथ मुख्य चिंता है निरंतर मुद्रण क्षमता का उपयोग करने के लिए बहुलक का प्रयोग करते हुए स्याही इस तरह चालकता के रूप में सामग्री की कार्यक्षमता, रहता है । इसलिए, कार्यात्मक सामग्री के संबंध में बहुलक समाधान के मिश्रण अनुपात ध्यान से चयनित किया जाना चाहिए । इसके अलावा, DOD, एक कम उबलते बिंदु (कम से १०० डिग्री सेल्सियस) के साथ एक विलायक के मामले के विपरीत आम तौर पर बहुलक समाधान बनाने के लिए इस्तेमाल किया गया है ।

हालांकि एक पारंपरिक inkjet स्याही DOD EHD मुद्रण में इस्तेमाल किया जा सकता है, EHD मुद्रण के लिए दबाव नियंत्रण तरीकों एक पारंपरिक inkjet की है कि से अलग हैं । EHD छपाई नोजल से बाहर निकाला meniscus बनाए रखने के लिए सकारात्मक दबाव का उपयोग करता है, जबकि एक पारंपरिक inkjet नकारात्मक दबाव का उपयोग करता है । सकारात्मक दबाव नियंत्रण के लिए, दबाव नियंत्रण विधियों के दो प्रकार-हीड्रास्टाटिक दबाव और दबाव हवा-इस्तेमाल किया जा सकता है, स्याही चिपचिपापन और नोक आईडी पर निरभर है के रूप में चित्र 9में दिखाया गया है । एक छोटी नोक के लिए, हवा के दबाव के बजाय हीड्रास्टाटिक दबाव के लिए नोक टिप को स्याही धक्का इस्तेमाल किया जाना चाहिए । हालांकि, हवा के दबाव का एक उचित नियंत्रण मुश्किल हो सकता है जब उच्च चिपचिपापन स्याही या एक से कम 2 µm आईडी के साथ एक नोजल का उपयोग कर सकते हैं, क्योंकि हवा आसानी से संकुचित किया जा सकता है । दूसरी ओर, यदि नोजल आकार ५० µm से अधिक है, हवा के दबाव का एक मामूली परिवर्तन meniscus स्थान को प्रभावित कर सकते हैं । यदि स्याही चिपचिपापन कम है और नोजल से अधिक ५० µm है, हीड्रास्टाटिक दबाव द्रव ऊंचाई का उपयोग करने के लिए एक सुसंगत meniscus स्थान बनाए रखने के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए ।

Figure 9
चित्रा 9: DOD jetting के लिए दबाव नियंत्रण । सकारात्मक दबाव एक अतिरिक्त स्थिति पर बाहर निकाला meniscus बनाए रखने के लिए आवश्यक है । meniscus के लिए दबाव या तो हीड्रास्टाटिक दबाव (स्याही जलाशय और नोजल टिप के बीच अंतर ऊंचाई का उपयोग करके) या एक हवा कंप्रेसर से संपीड़ित हवा से नियंत्रित किया जा सकता है । नियंत्रण के तरीकों का चयन नोक आकार और स्याही चिपचिपापन के अनुसार अलग करना चाहिए । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

NEFS के मामले में, एक सिरिंज पंप नोजल के लिए स्याही फ़ीड के बाद से अत्यधिक चिपचिपा स्याही हवा के दबाव से धक्का नहीं किया जा सकता इस्तेमाल किया जा सकता है । ध्यान दें कि स्याही दबाव और संपीड़ित किया जा सकता है जब यह एक सिरिंज पंप के माध्यम से एक निरंतर प्रवाह की दर से आपूर्ति की है । इसके अलावा, काफी समय के लिए आवश्यक हो संकुचित स्याही नोक टिप पर एक स्थिर राज्य प्रवाह तक पहुंचने के लिए हो सकता है । मुद्रण पर स्याही संपीड़न प्रभाव को कम करने के लिए, जोड़ने सिरिंज और नोजल टिप के बीच डाला ट्यूब के रूप में संभव के रूप में कम होना चाहिए । इसके अलावा, जोड़ने ट्यूब दबाव चिपचिपा स्याही की वजह से विस्तार प्रभाव को कम करने के लिए कठिन होना चाहिए । स्याही संपीड़न प्रभाव को कम करने के लिए, सिरिंज के लिए मुद्रण उपकरण (चरणों) के लिए नोजल से सिरिंज को जोड़ने ट्यूब की लंबाई को कम करने के लिए संलग्न किया जाना चाहिए. इस प्रयोजन के लिए, हम पेंच मोटर नियंत्रक से अलग किया जा सकता है, जिसमें से एक सिरिंज पंप का इस्तेमाल किया, जैसा चित्र 10में दिखाया गया है ।

Figure 10
चित्रा 10: electrospinning के लिए एक द्रव प्रणाली । electrospinning के लिए द्रव प्रणाली दो भागों के होते हैं: सिरिंज पंप प्रणाली और सिरिंज-नोजल विधानसभा. सिरिंज पंप प्रणाली एक प्रवाह दर नियंत्रक और एक पेंच मोटर भी शामिल है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

एक महत्वपूर्ण पैरामीटर डॉट आकार या पैटर्न चौड़ाई निर्धारित करने के लिए नोजल आईडी है । पारंपरिक inkjet सिर के विपरीत, एक EHD सिर किसी भी प्रेरक या जटिल द्रव चैनलों की आवश्यकता नहीं है । यह एक सिरिंज सुई या एक ग्लास केशिका नोक, जो एक उच्च वोल्टेज स्रोत से जुड़ा है के रूप में केवल एक नोक की आवश्यकता है । यहां, नोजल आईडी के उचित आकार स्याही चिपचिपापन के रूप में अच्छी तरह के रूप में पैटर्न चौड़ाई के आधार पर चुना जाना चाहिए । उदाहरण के लिए, एक DOD मुद्रण के मामले में १०० सीपी से चिपचिपापन कम का उपयोग कर, नोजल आईडी से कम होना चाहिए ५० µm । स्थिर और सुसंगत मुद्रण प्राप्त करने के लिए, स्टैंडबाय स्थिति पर बाहर निकाला meniscus एक ही स्थान में रहना चाहिए । हालांकि, जब ५० µm से बड़ा एक आईडी के साथ एक नोजल का प्रयोग किया जाता है, हवा के दबाव के मामूली बदलाव, ड्राइविंग वोल्टेज, और खड़े दूर दूरी आसानी से कम चिपचिपा स्याही के meniscus स्थान को प्रभावित कर सकते हैं । ध्यान दें कि एक meniscus स्थान jetting राशि से संबंधित है: एक कम स्थान आमतौर पर अधिक बूंदें पैदा करता है । नतीजतन, जब एक बड़ी आईडी के साथ एक नोक का उपयोग कर, यह बहुत DOD मुद्रण प्रक्रिया में एकरूपता डॉट प्राप्त करने के लिए मुश्किल है । इसलिए, नोजल ID मुद्रित डॉट-आकार एकरूपता सुनिश्चित करने के लिए 10 µm से कम होना चाहिए । एक छोटी आईडी के साथ एक नोक के उपयोग के छोटे डॉट्स मुद्रण का लाभ है । उदाहरण के लिए, 3 µm के साथ एक नोजल आईडी डॉट्स प्रिंट सकता है के रूप में छोटे 3 µm के रूप में, और डॉट आकार आगे छोटी आईडी के साथ एक नोक का उपयोग करके कम किया जा सकता है । एक छोटी सी आईडी के साथ एक नोजल बनाने के लिए, एक गिलास केशिका आमतौर पर प्रयोग किया जाता है, क्योंकि लक्ष्य आईडी के साथ नोक आसानी से एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध थर्मल खींचने के माध्यम से किया जा सकता है । दूसरे हाथ पर, NFES एक नोजल आईडी की जरूरत है कि अधिक से अधिक है ५० µm, उच्च चिपचिपापन प्रिंट (१,००० सीपी से अधिक) स्याही । आम तौर पर, १०० µm की एक आईडी के साथ एक नोक आमतौर पर कम 5 µm की एक पैटर्न चौड़ाई के साथ ठीक पैटर्न मुद्रण के लिए प्रयोग किया जाता है । यहां, एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सिरिंज सुई इस प्रयोजन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

दोनों DOD EHD जेट और NFES jetting में, स्याही चिपचिपापन नोजल आईडी का चयन करने के लिए विचार किया जाना चाहिए । इसके अलावा, तरल पदार्थ प्रणाली में दबाव (या प्रवाह दर) की राशि नोक आईडी और स्याही चिपचिपापन के आधार पर निर्धारित किया जाना चाहिए । चित्र 11 तीन महत्वपूर्ण कारकों के बीच संबंधों से पता चलता है: स्याही चिपचिपापन, नोजल आकार, और हवा का दबाव (या प्रवाह दर) । के रूप में चित्र 11में दिखाया गया है, दोनों उच्च दबाव और एक बड़ी आईडी के साथ एक नोक उच्च चिपचिपा स्याही का उपयोग करते समय इस्तेमाल किया जाना चाहिए, जबकि कम हवा के दबाव और एक छोटी आईडी के साथ एक नोक jetting कम चिपचिपा स्याही के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए ।

Figure 11
चित्रा 11: चिपचिपापन और दबाव के संबंध में नोक चयन दिशानिर्देश । यह आंकड़ा नोक आईडी, चिपचिपापन, और वायवीय दबाव के बीच संबंध बताते हैं । उदाहरण के लिए, यदि एक अत्यधिक चिपचिपा स्याही का प्रयोग किया जाता है, एक बड़ा नोजल और/या उच्च हवा के दबाव की जरूरत है, या इसके विपरीतहै । इसी तरह, meniscus नियंत्रण के लिए, उच्च हवा के दबाव की जरूरत है जब एक छोटी आईडी, या इसके विपरीतके साथ एक नोक का उपयोग कर । बहरहाल, उच्च हवा का दबाव स्याही ठीक से नोक टिप को धक्का नहीं अगर नोजल आईडी बहुत छोटा है या चिपचिपापन बहुत अधिक है क्योंकि हवा आसानी से संकुचित किया जा सकता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

मुद्रण के दौरान, नोजल के बाहरी भाग के नोजल टिप से स्याही प्रवाह द्वारा गीला किया जा सकता है । महत्वपूर्ण गीला की उपस्थिति में, उचित jetting नियंत्रण मुश्किल हो सकता है । गीला होने का संभावित कारण या तो अनुचित स्याही गुणों से हो सकता है, जैसे सतह तनाव, या डीसी वोल्टेज और दबाव के रूप में मानकों की एक अनुचित सेटिंग से/ यदि नोजल पर गीला बनी रहती है, नोजल सतह उपचार इतना है कि नोजल सतह स्याही के संबंध में hydrophobic विशेषताओं हो सकता है की आवश्यकता हो सकती है ।

DOD मुद्रण के लिए, दो वोल्टेज स्रोतों के विभिंन प्रकार7,11आवश्यक हैं: एक डीसी पृष्ठभूमि वोल्टेज स्टैंडबाय meniscus आकार बनाए रखने के लिए, और एक पल्स वोल्टेज DOD jetting उत्पंन करने के लिए । हालांकि, NFES केवल डीसी वोल्टेज का उपयोग करता है सतत माइक्रो लाइन पैटर्न बहुत अत्यधिक चिपचिपा स्याही (१,००० से अधिक सीपी) का उपयोग कर मुद्रित करने के लिए । उच्च डीसी वोल्टेज 1 केवी से लेकर 2 केवी के नोजल और ट्यूब के बीच डाला धातु संबंधक के लिए लागू किया गया था । एक सीधी रेखा मुद्रित करने के लिए, हम कम खड़े 1 ~ 3 मिमी की दूरी से इस्तेमाल किया, और यही वजह है कि विधि कहा जाता है "निकट क्षेत्र" electrospinning (NFES) है, जो अलग सुविधाओं की तुलना में पारंपरिक सुदूर क्षेत्र electrospinning12,13 .

इस प्रोटोकॉल में, एक गिलास सब्सट्रेट प्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया गया था, लेकिन सब्सट्रेट के विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के अनुसार इस्तेमाल किया जा सकता है. हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सब्सट्रेट कि एक उच्च इंसुलेशन संपत्ति है [उदाहरण के लिए, पॉलीथीन terephthalate (पीईटी) फिल्म] जैसे एक रासायनिक कोटिंग के रूप में इलाज की जरूरत है, विद्युत स्थैतिक शुल्क है जो सतह पर जमा हो सकता है हटाने के लिए ।

विभिंन अनुप्रयोगों के लिए एक EHD जेट का उपयोग करने के लिए, मुद्रण और तैयारी दिशानिर्देश तालिका 1में संक्षेप हैं ।

DOD EHD जेट मुद्रण नियर फील्ड electrospinning (निरंतर मुद्रण)
इंक आवश्यकताएं चिपचिपापन रेंज: 1 ~ 100 सीपी । चिपचिपापन: १०० सीपी ~ १०,००० cp.
भूतल तनाव: 20-40 mN/ उबलते बिंदु: कम से १०० ° c ।
विलायक के उबलते बिंदु: अधिक से अधिक १५० ° c ।
द्रवित प्रणाली द्रव ऊंचाई (हीड्रास्टाटिक बल): ५० से अधिक µm के भीतरी व्यास के साथ नोजल । लगातार प्रवाह दर के साथ सिरिंज पंप.
हवा का दबाव: भीतरी व्यास से कम 10 µm के साथ नोक ।
नोजल भीतरी व्यास आवश्यकता स्थिर jetting के लिए 10 से अधिक µm की अनुशंसा नहीं की जाती है । अधिक से अधिक १०० µm की चौड़ाई के साथ पतली patterning के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कम 5 µm ।
सामांय में: 5 µm के साथ भीतरी व्यास 5 µm के आकार के साथ डॉट्स के बारे में मुद्रित कर सकते हैं ।
वोल्टेज की आवश्यकता डीसी पृष्ठभूमि वोल्टेज: से कम ६०० V डीसी वोल्टेज: से कम 2 केवी ।
पल्स वोल्टेज jetting के लिए: वोल्ट के कुछ सैकड़ों.
मुद्रण गति कम, 10 मिमी से कम/ ३०० मिमी से अधिक तेजी से/
सॉफ्टवेयर की आवश्यकता रैस्टर मुद्रण (बिटमैप छवि) । सरल ग्रिड पैटर्न ।
वेक्टर मुद्रण (सीएडी आधारित जानकारी) । jetting की सतत प्रकृति की वजह से बंद की आवश्यकता के साथ पैटर्न असंभव है ।

तालिका 1: DOD और निरंतर EHD जेट के लिए तैयारी और मुद्रण दिशानिर्देशों का सारांश । तालिका EHD जेट का उपयोग कर ठीक प्रतिमान के लिए आवश्यकताओं और अनुशंसाओं को सारांशित करती है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

यह शोध कोरिया के नेशनल रिसर्च फाउंडेशन (एनआरएफ), शिक्षा मंत्रालय (2016R1D1A1B01006801) द्वारा वित्त पोषित, और आंशिक रूप से Soonchunhyang विश्वविद्यालय अनुसंधान कोष द्वारा समर्थित के माध्यम से बुनियादी विज्ञान अनुसंधान कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था .

Materials

Name Company Catalog Number Comments
EHD integrated printing system Psolution Ltd., South Korea PS300
Harima Ag Nanoparticle ink Harima Inc., Japan Harima NPS-JL Ag solid content: ~ 53 wt%, Viscosity: ~10 cP, Surface tension: ~30 mN/m
Glass capillary Narishige Scientific Instrument Lab G-1 Inner diameter: 1 mm; Used to make nozzle for DOD EHD jet printing using thermal puller
Nozzle thermal puller Sutter Instrument, USA Sutter P-1000
Microscope Slides (Glass subtrate) Paul-Marienfeld & Co.KG, Germany 10 006 12 Dimension (L x W x T): 76 mm x 26 mm x 1 mm
Magnetic Stirrer Barnstead Thermolyne Corp., USA Cimarec SP131635
Vortex Stirrer Jeiotech, South Korea Lab Companion VM-96T
Ag nanopaste  NPK, South Korea ES-R001 Ag solid content: ~85.5 wt%, Viscosity: ~11000 cP
Poly ethylene oxide (PEO) Sigma-Aldrich, USA 372773-500G Mw = 400000
Ethanol Sigma-Aldrich, USA 459836-500ML

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इंजीनियरिंग अंक १३७ Electrohydrodynamic EHD ड्रॉप-ऑन-डिमांड प्रिंटिंग DOD नियर-फील्ड electrospinning NFES inkjet फाइन patterning छपाई
उच्च संकल्प Electrohydrodynamic जेट के दो मोड का उपयोग कर पैटर्न: मांग और निकट क्षेत्र Electrospinning पर छोड़
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Phung, T. H., Oh, S., Kwon, K. S. High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning. J. Vis. Exp. (137), e57846, doi:10.3791/57846 (2018).

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