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1、高速且按需喷墨的脉冲电流体喷流喷印摘要：我们提出一个用于高速、高分辨率和高精度电流体喷印的脉冲直流电压喷印的方法。电压脉冲峰值在短时间内从喷嘴中感应到非常快的电流体喷应模式,而起始的直流电压需要确保当不处于喷印模式时的弯月面总是处于锥形形状。脉冲的持续时间决定了液滴的体积，因而决定了基板上的（产生物）的特征尺寸。液滴沉积速率受连续两个脉冲之间的时间间隔限制。通过选择合适的脉冲宽度和频率,可以得到一种能够指定的液滴大小和液滴间距的喷印方法。进一步,适当地通过定位命令协调脉冲也可以实现高空间分辨率。我们通过1kHz的按需喷墨展示高速印刷能力，通过液滴大小的3-5μm的水性油墨和
2、1-2μm固化聚合物油墨体现可定义功能。（本文一些数字的颜色只有电子版本）1.引言：纳米和微米级的喷印制造工艺是许多研究的目标，因为它能够产生非常小规模的液滴。喷印的例子包括现在无处不在使用的热喷墨打印和压电激励器和电流体喷印。其中,电流体喷印已经证明具有较好的分辨率,可以使用各种油墨打印的微米和亚微米尺度滴[1-4]。然而,工作速度以及和维持统一的印刷质量被认为它的（发展）障碍,正如一篇关于电流体喷印的综述[5]指出。因为能够用许多油墨打印高分辨率的液滴和线条，电流体喷印在金属(Ag)互联的印刷电子产品[2]出巨大的应用前,生物传感器[1,4],等方面表现出巨大的应用前景
3、。随着电流体喷印的优点更加明显(如潜在的纯粹的加性算子,直接打印生物材料的能力,无掩模光刻技术),例如按需喷墨和能够精确控制液滴大小的附加功能变得必要。更进一步，为了独立调节过程输出而加强对过程如液滴大小和交付频率的控制变得至关重要。最后,与任何制造过程一样,吞吐率(在这种情况下指印刷速度)和过程参数的鲁棒性是决定（是否）采用（这种方法）过程中的关键。因此,为了充分实现流体喷印的能力,本研究叙述通过如何利用输入电压调制提高液滴沉积率,获得一致的液滴体积和准确的空间位置。电流体喷印利用电场诱导液体流过细微毛细管喷嘴来在微-纳米级范围[1]内构建设备。通常,这些电场是在携带墨水
4、的喷嘴(打印头)和喷印底板之间建立一个恒定的电压差而产生的。电场从底板吸引离子,使得弯月面呈锥形,最终导致不稳定,导致锥顶释放液滴[1,6]。从喷嘴放出的电流体自然导致放电脉冲流。陈[9]利用这个原理准确放置液滴。Juraschek和Rollgen[7]研究称,这种脉冲在存在10赫兹和高频1kHz脉动的电流体喷射的喷射状态之中。利用这个自然脉动,陈等[9]和崔等[8]发展来用于描述电流体大小的标度规则。直到现在,高分辨率电流体印刷已经使用这种自然脉动,因此受限于上述放电的自然脉动频率,这有着实质性的变化。为了克服这个限制,金等人[10]建议使用压电激励喷嘴(混合喷射印花)应
5、随着电场诱导喷射。Nyugen等[11]展示了用于电流体喷印交流脉冲。交流调制在喷嘴的制造,液滴排斥和基于正弦电压的频率按需喷墨功能这些方面优于直流电压。金等[12]将直流方波用于电流体喷印并使用电压振幅控制液滴的大小。Stachewicz等[13]展示了了单次脉冲电流体喷印的液滴生成,并研究了按需喷墨电喷射法的弛豫时间[14]。在上面引用的文献中,液滴直径和脉冲频率仅限于大小50μm印刷频率为25赫兹。此外,据我们所知,没有任何系统控制高速印刷的方法能够产生具有准确的高保真空间和时间分辨率的液滴容量。本文提出了一种面向制造业的脉冲输入电压电流体印刷包括(1)高速印刷,(2
6、)高分辨率印刷和(3)完整的形成脉冲信号的方法。在本文中,我们提出一种能够对高速度且独立控制液滴大小的和印刷的频率的电流体喷印模式。具体来说,这种模式了展示的印刷速度为每秒1000滴,且生产出一致并可控的尺寸3-6μm的为液滴。这个模式使用一个脉冲电压信号来从喷嘴中生成电流体流。为了快速从喷嘴中诱导电流体喷射需要选择脉冲峰值,同时挑选基准电压以确保近锥形的弯月面总是存在,但不会释放任何液体。脉冲的持续时间决定了液滴的体积,因而决定了底板上的（产生物）的特征尺寸。另一方面,液滴沉积速率是由两个连续的不同脉冲之间的时间间隔决定。通过选择合适的脉冲宽度和频率,可以得到一种能够指定
7、的液滴大小和液滴间距的喷印方法。本文剩余部分按以下内容组织。第二节介绍了电流体喷印过程。第三节接着讨论一种用于高速高分辨率电流体喷印功能的新型电压调制方案。用于确定这个方案参数的设计方法在第四节中描述。第五部分描述了实验电流体喷印试验台。部分6和7演示电压调制高速印刷和按需喷墨印刷功能的印刷方法。最后,在第8部分总结了本文的贡献。1.电流体喷印图1.电流体喷印装置示意图包括喷嘴和墨水室，背压的空气供应,导电底板,和平移和倾斜台。图2.对处于弯月面中液体的发生变化是由于喷嘴和底板之间的电势增加的说明。图1展示了一个电
