【摘 要】
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电射流打印是一种无掩膜、非接触、直写的增材制造工艺,已经成功应用于柔性电子器件、微光学器件、微纳传感器等领域。传统的电射流打印通过减小喷孔内径提高打印分辨率,这给喷孔带来堵塞风险。同时喷孔内径的减小使得切向电场力减小,限制了打印分辨率的提高。为解决上述问题,本文研究了一种利用浸润聚焦的镍尖代替中空喷嘴的新方法,同时通过该方法有望将打印分辨率得到进一步提高。围绕尖端聚焦电射流打印头的设计与制作,本文
【基金项目】
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国家重点研发计划项目变革性技术关键科学问题专项课题（No.2018YFA0703204）； 大连理工大学宁波研究院创新团队项目；
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电射流打印是一种无掩膜、非接触、直写的增材制造工艺,已经成功应用于柔性电子器件、微光学器件、微纳传感器等领域。传统的电射流打印通过减小喷孔内径提高打印分辨率,这给喷孔带来堵塞风险。同时喷孔内径的减小使得切向电场力减小,限制了打印分辨率的提高。为解决上述问题,本文研究了一种利用浸润聚焦的镍尖代替中空喷嘴的新方法,同时通过该方法有望将打印分辨率得到进一步提高。围绕尖端聚焦电射流打印头的设计与制作,本文主要研究内容如下:（1）进行打印喷头结构及工艺设计。基于尖端浸润聚焦电射流打印原理,设计了新的打印头结构;利用COMSOL对毛细浸润及液滴发射过程进行了仿真分析,初步验证打印原理及结构设计合理性。进一步发现随着尖端高度增加,稳定后尖端液膜的体积减小。分析常用尖端制备方法,设计出基于体硅加工、微纳电铸和减薄工艺相结合的打印头制备工艺路线,为后续打印头制备与测试奠定基础。（2）基于单晶硅的自停止腐蚀特性及微电铸工艺进行了电铸硅模板的制备及十字梁悬臂镍尖的电铸。探究了单晶硅的自停止腐蚀特性,进行了硅模板的制备,发现适当延长自停止腐蚀时间可以弥补Si O2图形化过程中侧蚀造成的部分锥坑腐蚀不充分的问题,成功制备锥坑底部曲率半径≤100nm的倒金字塔锥坑模具。基于微电铸工艺及后期粘接工艺对硅表面的要求,采用BN303“胶墙”分割种子层,成功完成了电铸胶模具的制备工作。（3）基于PDMS粘接工艺与湿法减薄工艺制备了镍尖-容墨腔一体打印头。采用湿法腐蚀工艺制备出了具有十字梁槽墨水通道的玻璃盖板;分析了静电键合不适用的原因及PDMS粘接的适用性,采用PDMS粘接工艺成功进行密封;通过湿法减薄工艺成功制备了平均曲率半径为84nm的镍尖,其中最小的尖端曲率半径可达51nm。（4）完成打印头的封装与打印测试实验。首先采用银浆点浆的方式对打印头进行封装;通过紫外线改性将镍表面水接触角由处理前52°改性至15°,打印测试结果表明改性后的镍表面具有良好浸润效果。多溶液打印测试结果表明,尖端聚焦打印头可打印出最小直径～1.35μm的PDMS液滴（3500m Pa·s）和～697nm的NOA61紫外固化胶液滴（300m Pa·s）,此外还可打印最小线宽～5.82μm的BN308线条（140m Pa·s）和～782nm的PEO醋酸线条（60m Pa·s）。证明所制备的打印头可以较好地完成不同墨水的打印,对高粘度的打印墨水具有很好的匹配性,拓宽了打印的应用范围。
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