电化学增材制造.doc

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1、一种低成本台式电化学金属3D打印机增材制造（增材制造）或3D打印，就像它更为人所知的一样，就是根据数字模型通过一层一层顺序地沉积材料制造3D物体的过程。电化学3D打卬是一种相对较新的形式增材制造技术，其通过将溶液中的金屈离子电化学还原到导电慕材上而产生金屈结构。这种工艺的优点是可以在一定条件下沉积各种材料和合金,而不会造成热损伤，并且更重要的是成本低，因为这不需要昂贵的激光器或惰性气体环境。其他优点包括这样的事实，即该过程可以涉及到通过电化学溶解再循环组成成分来实现增减材制造。然而,这项技术的一个主要局限是速度。在这里，提出了一种新颖的电化学3D打印机设计方案，使用弯液而约束方法

2、，由于通过机械电解质夹带机制改进质量传输特性，证明了沉积速率比等效系统高三个数量级。印刷铜结构表现出多晶特性，随着电势增加导致晶粒尺寸减小，导致维氏硬度和电了电阻率更高。增材制造（增材制造）（3D打印）是通过材料的层层固化创建复杂的3D儿何形状的过程，与传统的减法制造方法相反。金屈增材制造提供的设计空间已经在航空航天，汽车，医疗应用等领域得到了工业应用。在金屈增材制造工艺中，直接金属激光烧结（DHLS）是最常见的，通过金属粉末层的选择性激光烧结来工作。金属增材制造目前受到高成木，结构缺陷以及无法使用多种材料的限制而不能被广泛的商业应用。因此，需要开发用于沉积多种金属的新型非基于激

3、光的3D打卬技术，其为了降低开发功能性结构的成本。电化学增材制造（ECAM）（电化学3D打印）是一种相对较新的增材制造方法，它通过还原溶液中的金属离子，将薄且高度粘附的金属层沉积到导电基材表面。已经采用了许多不同的方法来创建电化学3D打印机。Suryavanshi和Yu通过用纳米管进行电化学沉积来制造单独的铜纳米线，并获得了直径200mn线和lOuni长的铜线。从透射电子显微镜衍射图中可以看出，沉积是多晶的，尽管有人提出通过调整沉积条件可以形成结晶铜，如果初始核生长比形成新原子核的形成快。这种方法的一个挑战是，在低运行湿度小于35%的情况下，硫酸铜由于靠近吸管尖端的蒸发率高，导致

4、堵塞。Suryavanshi和Yu限制了它们的沉积电位，以避免电解水，因此沉积速率相对较慢。他们认为，从0.05m增加电解质浓度会增加电流密度和沉积速率;然而，这将加剧堵塞问题。它们以0.4V（在其铜电极和金/硅基板之间，无参考电极）沉积其收缩速度为0.25pn/s,相当于0.008^m3/s的沉积速率。胡和余提出了一种类似弯液面约束电极（MCE）方法来牛成铜线。在0.2V的电势下，在环境条件下以0.05m电解质浓度实现来自硫酸铜的铜的电化学沉积。他们表明，收缩速度可以用来通过弯液面的变窄来控制导线的厚度。■弯液面的稳定性相关的挑战被强调，因为它是关于收缩速度，电解质和机械系统稳

5、定性的函数,因此需要高度的控制。Hu和Yu限制他们的移液管直径为1.6Pm,收缩速度在0.3-0.6pm/s之间，以产牛800-1600nm的线肓径（最大沉积速率1.2/zm3/s）o结果，沉积相对较慢并且沉积铜的尺寸为微米级。为了改善这一点，他们提出增加电解质浓度和移液管的大小，然而这可能会改变电解质，空气和生长线之间三相区域的界而力的热力学条件，这可能导致弯液而不稳定。Seol等人制定了一个简单的策略，通过调节不同振幅和持续时间的应用电位來改进以前的弯液面指导直接书写方法。使用这种方法，通过调制脉冲电位（2V占空比为33%,在休眠周期期间施加0.8V）来沉积中空微管。这促进了

6、弯液面边缘的优先沉积。为了获得坚固的结构，他们添加了具有止的沉积电势（2V）的负的沉积电位（-0.IV）来抑制尖端处的优先沉积。采用这种方法，实现了复杂的3D金屈微体系结构，其直径为12um,等于20.4pn3/s（0.18

7、im/s）的沉积速率，电解质浓度为1M,相对湿度为50%。局部电化学沉积（LCD）是另一种不同于弯液面约束技术的电化学增材制造方法。它使用淹没在离了导电电解质中的超锐化电极，靠近导电基底，在此处发生沉积。尖端和衬底之间施加电势，导致局部沉积。展示了液晶显示技术，他们用钠丝包裹玻璃作为电极。但是，他们强调了监测沉积电流和匹配电极收缩率以避免短路的问题。通过添加

8、基于激光的溶液喷射以促进质量传输，LCD方法所展示的沉积速率高于弯液面约束方法，对于50um金沉积（19634/zm3/s），沉积速率高达10km/soKamaraj等的研究数值强调了LCD技术电极间隙的临界性，和Muller等人讨论了扩散控制沉积和电场迁移之间的相互作用。他们认为，太小的间隙会导致物种局部消耗导致不一致的沉积。Seol等人也强调了液晶显示器中迁移和扩散之间相互作用的重要性，并提出了…种新的战略，通过在可操作X射线显微照相技术中改进横向分辨率的过程和孔隙度。通过这