[发明专利]一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置及印刷方法

说明书

本发明公开了一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置及印刷方法；该装置的3D打印印章中设置有若干个毛细通道，毛细通道内装载有纳米材料水溶液，通过将毛细通道的底端和纸张接触，使得在纸张上沉积出目标的印刷图案；当墨水与纸张接触时，纸张中的纤维素纤维诱导这些纤维产生毛细力，使纳米材料水溶液迅速扩散到纸张中纸纤维的3D多孔空间内，且由于溶质纳米材料的尺寸与滤纸孔径相近，使其主要沉积在纸张的孔隙里，完成纸基纳米材料的印刷；本发明利用了纸张的毛细力和3D打印印章的毛细力，无需动力，使得纳米材料水溶液沉积在纸基上，完成图案的印刷印刷；本发明将纳米材料的水溶液作为墨水，墨水组成简单，可印刷的纳米材料种类丰富，适用范围更广。

【技术领域】

本发明属于纳米材料印刷领域，具体涉及一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置及印刷方法。

【背景技术】

现在，纳米材料印刷在生物医学工程，生物分析和柔性电子等领域蓬勃发展。各种纳米材料已被应用于印刷技术，可印刷的纳米材料包括纳米管，纳米线，纳米片(如氧化石墨烯)和纳米粒子(如水凝胶)，印刷技术包括喷墨，丝网，凹版印刷，柔版和胶版印刷。文献报道揭示，在这些纳米材料印刷方法中，昂贵而精密的仪器，复杂的工艺和专门配制的油墨正在成为限制其发展主要因素。特别是，为了使这些印刷方法适应具体的应用场景，纳米材料必须与复合添加剂严格按照特定的配比，才能配制出可印刷的墨水。这种情况极大限制了纳米材料印刷方法的一般适用性。因此，开发简单，低成本且普遍适用的纳米材料印刷方法仍然是紧迫和具有挑战性的。

此外，面向可穿戴和便携式设备的应用需要，用于纳米材料印刷的传统基材，包括金属箔，玻璃和半导体，已经逐渐显示出其固有的缺点，例如质量重和硬度大。相反，纸张作为一种新型的纳米材料印刷基材，具有柔韧性好，质量轻和廉价等优点，越来越大地激发了科学家和技术人员的兴趣。纸张主要由具有三维多孔结构的纤维素纤维随机交叉连接而制成的，同时显示出固定纳米材料和去除溶剂的潜力。实际上，这个过程是由纤维素的亲水性和多孔性引起的毛细管力所驱动的，这使得纸张成为一种天然动力源。更重要的是，这一过程适用于任何水溶液。这意味着不同种类的分散在水中的纳米材料都存在这样的过程。然而，将纸基材的这种毛细属性应用于纳米材料印刷中的研究却没有。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置及印刷方法；该装置和方法利用了纸张的毛细力和3D打印印章的毛细力，无需动力；将纳米材料的水溶液作为墨水，墨水组成简单，可印刷的纳米材料种类丰富，适用范围更广。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置，包括3D打印印章和纸张，3D打印印章沿其竖向的轴线方向设置有若干个毛细通道，毛细通道的下端和纸张接触，毛细通道内装载有纳米材料水溶液。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述3D打印印章包括支撑台和印章；印章设置在支撑台的中心，二者通过连接板固定连接；印章、支撑台和连接板同轴且三者的下端面平齐，连接板的上端面低于印章的上端面和支撑台的上端面；毛细通道设置在印章内。

优选的，印章、支撑台和连接板组成凹槽，凹槽内放置有磁铁；纸张放置在铁板上。

优选的，印章包括同轴的内圈印章和外圈印章，内圈印章固定设置在外圈印章的内部，毛细通道设置在内圈印章内，毛细通道的下表面凸出内圈印章的下表面，外圈印章和连接板及支撑台组成凹槽。

优选的，支撑台的下表面上固定设置有若干个支撑架。

优选的，通过将3D打印印章放置在容器内，在毛细通道内装载纳米材料水溶液，容器内承载有纳米材料水溶液。

一种基于上述印刷装置的毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷方法，包括以下步骤：