方波脉冲电压下电喷印技术的实验研究.pdf

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1、机械工程师MECHANlCALENGINEER方波脉冲电压下电喷印技术的实验研究张志远。杨建军(青岛理工大学，山东青岛266520摘要：基于电流体动力学原理的电喷印技术是一种用于制造微纳尺度三维结构的喷印技术，可以在喷头不易堵塞的基础上实现亚微米和纳米级分辨率的高精度图案化，对电喷印施加脉冲电压可以实现按需喷印。通过实验得出方波脉冲电压对于喷印的影响规律，其中频率越大，沉积液滴直径越小，频率不变，电压幅值或入口压力增大都会使沉积液滴直径增大：而增大电压或气压值，可以提高液滴最大释放频率。最终获得了频率为300Hz和平均直径为52．3u

2、m的液滴，确立了较为理想的喷印工艺条件。关键词：电流体动力学；电喷印；按需喷印i脉冲电压中图分类号：TH16文献标志码：A文章编号：1002—2333(2016)04—0029—03ExperimentalResearchonE-jetPrintingTechnologyUnderSquareImpulseVoltageZHANGZhiyuan，YANGJianjun(QingdaoUniversityofTechnology，Qingdao266520，China)Abstract：E-jetprintingbasedonelect

3、rohydrodynamie(EHD)isamicro／nanoscale3Dprintingprocesses．Itoflllachievesub-micronandnanometerresolutionpatterningprecisioninthenozzlenotpronetoclogging．Applyingapulsevoltagecanachievedrop—Oil．一demandprinting．ExperimentisusedtogettheinfluencelawofsquareimpulsevoltageonE-

4、jetPrinting．Ifthefrequencyisbigger,thediameterofthedepositdropletwillbesmaller．Ifthefrequencyisconstant，thedepositeddropletdiameterwillincreasewithincreasedvoltageamplitudeorinletpressure．IncreasingthevoltageamplitudeorpressurevalueCal'lincreasethefrequencyofdropletrele

5、ase．Ultimatelyweobtainthedropletswhichtheejectionfrequencyis300Hzandtheaveragediameteris52．3仙m，anidealsprayprintingprocessconditionisestablished．Keywords：electrohydrodynamic；E-jetprinting；dropondemand；impulsevoltage0引言电喷印技术是一种用于制造微纳尺度三维结构的喷印技术『11，其基于电流体动力学(electrohydrod

6、vnamic，EHD)原理【2】，可以得到比喷头尺寸小一个数量级的喷印精度，在喷头不易堵塞的基础上实现亚微米和纳米级分辨率的高精度图案化，在现代工业发展中有着越来越重大的意义[31。而脉冲电压下的电喷印可以通过控制电压的施加时间与形式来控制喷印的产生与停止，使射流仅在需要的区域和时间喷射，实现按需喷印，有利于高精度图案化[41的实现，因此对脉冲电压下电喷印的研究显得尤为重要。戴银宏151和谭姣姣等Iq都研究过液滴喷射频率和脉冲频率的一一对应关系，但其脉冲频率相对较低。LiJianlin等从实验和理论方面系统阐述了脉冲电压作用下的液面变

7、形和电场喷射门，仔细研究了各个工艺参数对喷射模式的影响，提出简化模型并进行了计算比较。JooghyukKim等嘲研究了脉冲电压下液滴生成频率和脉冲频率的对应关系，其实验脉冲频率超过25Hz时，液滴生成频率和脉冲频率会失去一一对应关系。按需喷印是实现微纳结构制造和高精度图案化的基础，通过施加脉冲电压实现按需喷印，从而工艺精确可控。本文探索了脉冲电压下电喷印的工作规律，通过实验探索脉冲频率与液滴喷射频率和液滴直径的关系，确立了较为理想的喷印工艺条件，具有现实指导意义。1基本原理电喷印是一种基于电流体动力学(EHD)微液滴喷射成形沉积技术，

8、其基本原理如图1(4)所示：在毛细管和接地基板之间施加高压，使流体表面产生自由电荷，受到外加电场的作用下产生电场力并带动流体运动。切向电场力使得尖端的弯液面逐渐转变成锥状，形成泰勒锥；而尖端由于电荷聚集，电场力不断增大，