[发明专利]一种基于静电喷印制备阵列化图案的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用静电纺丝技术制备的高精度阵列化图案及其制备方法和装置，属于电子制造电喷印技术领域。

背景技术

喷印技术作为一种制造工艺工具，其应用可以追溯到上个世纪50年代西门子将其用于机器输出轨迹的打点，更多的发展则发生在1960～1980期间，这使得现在喷印技术能在许多领域得到较为广泛的应用，包括：图像输出与标记等。传统的喷印技术主要采用连续喷印(CIJ)和按需喷印(DOD)两种方法，两种喷印技术都能够产生直径范围在20-150微米的液滴：CIJ主要应用于编码和标识，液滴直径约为100微米；DOD则主要应用在图像和文字打印上，液滴直径更小，通常在20-50微米。由于传统的喷印技术采用热力或者压力的方式产生喷射，使得其在液滴喷射的产生与喷射依赖与喷印头的尺寸，而一般为喷印头直径的1.89倍，制造细小的喷印头需要复杂的微制造工艺与材料，因此传统喷印技术制造细小液滴基本无法实现。

与传统的喷印技术相比，通过静电场产生喷射的喷印技术(电流体动力喷印)能够产生更细小的液滴与液丝，直径可以达到纳米级别。同时，电流体动力喷印技术可以喷印高分子有机物等多种材料，使得其应用范围更加宽广，如柔性电子制造，陶瓷元件制造，组织工程等。

然而，由于在喷射过程中液丝会产生“鞭动”等不稳定现象，使得这种技术只应用在了静电纺丝上以获得有特定性能的纤维，而难以用于有高定位精度要求的喷印图案上。(参考文献：Derby，B.(2010).″Inkjet Printing of Functional and Structural Materials：Fluid Property Requirements，Feature Stability，and Resolution.″Annual Review of Materials Research 40：395-414；Zhouping YIN，Yongan Huong，NingBin BU，Xiaomei WANG&Youlun XIONG(2010).″Inkjet printing for flexible electronics：Materials，processes and equipments.″Chinese Science Bulletin Vol.55No.3：1-25。)

综上所述，现有的电流体动力喷印技术以下几个缺点：(1)喷印打印定位精度较低；(2)连续喷印可控性差；(3)打印分辨率难以提高。

发明内容

本发明的目的之一在于，针对传统电流体动力喷印技术的喷射不稳定和难以定位等缺陷，提出一种基于电流体动力喷印的阵列化图案喷印装置，突破传统电流体喷印技术在液丝定位与喷印特定图案上的限制，可高效高精度的制造阵列化图案，其线宽分辨率可达到200nm，图案定位精度可达到5μm。

为实现该该发明目的所采用的技术方案如下：

一种基于电流体动力喷印的阵列化图案喷印装置，包括金属针头，承印层，金属基板，运动平台和高压发生器，其中，所述金属针头设置在承印层上方，该承印层设置在金属基板上，该金属针头和金属基板分别连接到高压发生器正负端，从而在两者之间形成电场，所述金属基板可在运动平台的驱动下作平面运动，从而带动承印层运动，在电场作用下，喷印溶液通过金属针头流出并形成射流喷射到运动的承印层上，即可在该承印层上形成所需的喷印图案。

作为本发明的改进，所述金属针头设置在一高度调节架上，其相对金属基板的距离可通过该高度调节架进行调节。

作为本发明的改进，所述装置还包括流量泵，注射器和导管，喷印溶液通过所述流量泵泵入注射器，并进而通过所述导管流入金属针头。

作为本发明的改进，所述的高压发生器的正极接在金属针头上，负极接在金属基板上。

作为本发明的改进，所述承印层可以为硅片或纸张。

作为本发明的改进，所述金属针头与金属基板的间距即两极距离，为5～30mm。

作为本发明的改进，所述流量泵所供给的溶液流量为10～1000nl/min。

作为本发明的改进，所述高压发生器上施加的电压为0.75～2.50kV。

本发明的目的之二在于提供一种利用上述装置制备阵列化图案的方法，具体包括如下步骤：

(1)制备喷印溶液。

采用高分子聚合物(如PEO，PVP等)，按照一定质量比(2％～6％)，配置成具有一定粘度的溶液，并在磁力搅拌器下边加热边搅拌数小时，待充分溶解均匀后，冷却后得到可喷印的溶液。将溶液充入导管和流量泵的注射器中。