[发明专利]超声3D喷印装置及其用于制备透明导电薄膜的用途

说明书

本发明公开一种超声3D喷印装置，包括：控速供料系统、超声变压喷射系统、三轴机械运动系统；采用超声发生器对超声喷头内的喷印油墨进行超声震荡，通过步进电机控制活塞杆的移动速度，来改变供料管路中喷印油墨的输送速度，超声喷头在三轴机械运动系统控制下，可实现3D任意路径的喷印，形成3D结构或对立体物件进行表面喷印。本发明提出的超声3D喷印装置可实现纳米材料均匀喷布，二维面积不受尺寸限制，能够满足工业化大规模的生产，应用前景广阔。本发明还提供了将上述的3D喷印装置用于制备透明导电薄膜的用途。

技术领域

本发明涉及光电子薄膜材料超声喷涂成膜制造领域，特别涉及一种超声3D喷印装置。

背景技术

透明导电薄膜是光电子器件(发光二极管、太阳能电池等)所需要的最为基本也最为关键的材料。随着光电子器件技术的不断发展，柔性光电子器件已成为未来的发展趋势，而满足柔性光电子器件需求的透明导电薄膜材料有导电聚合物、金属纳米线、碳纳米管和石墨烯等，其中以银、铜为代表的金属纳米线因其良好的光电性能和优越的机械抗弯曲性能，以及可实现低成本大规模的生产等优势成为未来最具发展前景的透明导电薄膜材料。

如何制备分布均匀且性能优越的透明导电薄膜是一个尤为关键的环节，目前制备柔性透明导电薄膜的传统技术主要有液体挤压法、旋涂法、金属棍棒滚压法、真空抽滤压印法以及喷涂法等，但这些传统技术方法或多或少均存在一些缺陷，如油墨材料浪费、薄膜均匀性无法掌控、薄膜制备面积受限、设备工艺较繁琐、制备成本昂贵等，不适用于商用规模化生产，无法迎合柔性电子器件发展的需求。因此，研制出一种制备工艺简单且均匀性与稳定性好的大面积透明导电薄膜的技术方法是推进柔性电子器件发展的关键之处。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种超声3D喷印装置，可实现纳米材料均匀喷布，二维面积不受尺寸限制，能够满足工业化大规模的生产，应用前景广阔。

本发明所要解决的另一主要技术问题是提供将上述超声3D喷印装置用于制备透明导电薄膜的用途，可实现高效、稳定、精确地制备出大面积透明导电薄膜。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种超声3D喷印装置，包括：控速供料系统、超声变压喷射系统、三轴机械运动系统；

所述控速供料系统具有一存放喷涂油墨的腔室，该腔室与超声变压喷射系统连通；通过步进电机推动腔室中的活塞杆将喷涂油墨以一定速率输送至超声变压喷射系统的超声喷头内部；改变所述步进电机的转速以改变所述活塞杆的移动速度，进而改变所述喷涂油墨的输送速率；

所述超声变压喷射系统还包括超声波控制器，所述超声喷头的信号接口与超声波控制器通过信号线相连接；通过超声波控制器向超声喷涂中输入特定频率的超声波，经超声喷头中的喷涂油墨剪切形成细微滴雾；所述超声喷头还设置有进气接口，其与外部压缩气体源相接通，通过控制压缩气体的气压的大小来控制细微滴雾的喷出速度；

所述三轴机械运动系统与超声喷头连动设置，带动超声喷头沿着X、Y、Z三个方向移动。

在一较佳实施例中：所述控速供料系统还包括步进电机控制器、螺丝杆、推板和喷涂油墨注射器；所述步进电机的输出端与所述螺丝杆相连；所述推板穿套在所述螺丝杆上，与所述活塞杆相接触；所述喷涂油墨注射器的针头通过进液管与超声喷头的进液口密封相连；

所述喷涂油墨注射器具有所述腔室，所述活塞杆的活塞部分位于所述腔室内。

在一较佳实施例中：所述超声喷头为聚拢型超声波喷头。

在一较佳实施例中：所述超声喷头适用的纳米材料油墨为金属纳米线油墨、金属纳颗粒油墨碳、纳米管或石墨烯中的一种或多种。

本发明还提供了一种将如上所述的3D喷印装置用于制备透明导电薄膜的用途。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：