压电喷墨打印头振动板结构设计及性能测试

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:digital78
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
作为喷墨打印技术的重要分支,压电式喷墨打印技术凭借其打印分辨率高、成本低、使用寿命长和墨水兼容性好等优点,在印刷电子、细胞打印和生物制药等领域的应用日益广泛。但是,国内压电喷墨打印头的开始研究的时间较晚,而其核心部件压电振动板的专利技术被国外公司所掌握,本文旨在自主设计出具有低成本、可批量生产的压电喷墨打印头振动板结构,打破专业技术壁垒。本文选择合适的振动板材料和工艺方法,设计并模拟优化结构尺寸,成功制备出压电喷墨打印头振动板,并通过多普勒测振仪测试其振动性能,最终对压电喷墨打印头的墨滴喷射性能进行测试,主要研究内容如下:(1)结合专利和文献,对比分析常用振动板材料的力学性能及制备工艺复杂度,选择厚度为300μm的两英寸单晶硅片,SiO2为弹性板材料;综合压电性、介电性和疲劳性因素,选择锆钛酸铅(Lead zirconate titanate,PZT)作为压电材料;对比金属和非金属材料对PZT压电性能的影响,选择Pt/Ti作为PZT下电极,Cu/Au/Cr作为PZT上电极;选择聚酰亚胺(PI)作为保护层;最后选择优化的MEMS工艺制备振动板结构。(2)在COMSOL中建立振动板仿真模型,研究各部分结构的尺寸对振动板的振幅影响,并结合工艺中可能产生的问题,最终确定合适的尺寸组合,SiO2弹性层的宽度、长度和厚度为2400μm、300μm和0.2μm;Cu上电极的厚度为0.7μm、0.8μm、0.9μm,PZT压电层的厚度为1.2μm、1.4μm、1.6μm;PZT薄膜宽度为160μm和180μm。(3)根据振动板结构特点和实验条件,确定振动板的MEMS工艺制备流程,选择干氧氧化方法制备SiO2,控制氧化时间为30min得到厚度为200nm的SiO2;磁控溅射法制备Pt/Ti,并通过王水腐蚀图形化;溶胶凝胶法制备PZT,通过腐蚀工艺得到弹簧结构;磁控溅射法制备Cu/Au/Cr,并配制相应腐蚀液图形化;深反应离子刻蚀工艺释放振动板,通过多轮刻蚀,得到侧壁垂直的硅杯结构。(4)利用多步腐蚀工艺减小Cu上电极图形化所产生的侧蚀问题,通过研究腐蚀过程中产生的中间产物CuCl的反应机理,选择KCl溶液作为中间腐蚀液,并优化第一步腐蚀液FeCl3的浓度,研究腐蚀速率对侧蚀量影响,最终将侧蚀量由25μm减小至5μm。(5)采用多普勒测振系统测试振动板振动性能,研究其实际振型和主要结构参数对振幅的影响结果,与模拟结果相比较,验证振动板结构设计的合理性。最后通过自主搭建的墨滴喷射监测平台对完整的压电喷墨打印头进行喷墨测试,成功实现墨滴喷射,验证方案的可行性。
其他文献
在现有的高考和语文教学模式下,高三语文复习课是比较难上的,学生由于到了高三,大都在"抓紧时间",课堂上也变得死气沉沉。再加上课堂所讲的内容都是复习旧东西,或者是讲评练
<正>深刻认识加强城乡区域统筹、构建城乡区域发展一体化新格局的战略意义统筹城乡区域发展,是十六大以来党中央提出的一项重大战略任务。党的十六大第一次提出统筹城乡经济
日益严重的水污染问题已成为全球面临的重大难题。解决水污染问题的方法之一是光催化技术的应用,其能有效利用太阳能降解污染物,且具有反应过程快速高效,耗能少,不易产生二次污染等优点。光催化技术中的重点是研究高效率且稳定的光催化剂。聚酰亚胺(PI)是具有可见光响应的聚合物半导体材料,因其独特的化学稳定性和易于调控结构等特点,使其在光催化领域具有较好的应用前景。基于此,本论文设计合成系列聚酰亚胺基复合光催化
随着中国对外投资的加快,投资领域和投资方式的转变,中国企业的国际化正逐步从“走出去”向“走进去”的当地化发展阶段及“走上去”的创本土化品牌声誉阶段发展。在此过程中,中国企业的国际化碰到了各种困难,特别是“走上去”过程中战略执行体系不够健全导致海外企业不能持续经营甚至拖累母公司的发展。稳健有效的战略执行体系是保障中国企业国际化战略在海外市场执行与落地的先决条件,也是中国企业在海外投资增值保值的必要条
研究背景乳腺癌(breast cancer,BC)是世界范围内女性最常见的癌症。BC是一种复杂的异质性疾病,根据组织学特征可分为激素受体阳性、人表皮生长因子受体2 阳性(human epiderma
<正>一、纯住宅地价立体分摊研究的意义随着我国城市土地有偿使用和住宅制度的改革,城市住宅商品化已成必然趋势。目前,各省市房地产开发公司纷纷推出了成区成片的商品住宅楼
会议
储罐顶盖结构常采用肋环形加劲浅球壳。由主肋及其两侧有效宽度范围的顶壳组成的T形截面具有较大的抗弯刚度。本文利用有限元模型的应力计算结果,分析经向肋和环向肋的T形截
肋环形加劲浅球壳广泛应用于储罐顶盖结构。针对其经向肋的承载力计算,按某45m直径气柜顶盖1/15比例的缩尺模型建立有限元模型,分析静力荷载作用下经向肋应力和位移的边缘效
糖尿病患者常患有糖尿病性胃肠病,存在胃肠道相关的功能障碍和并发症。糖尿病所致的肠神经系统、自主神经系统、中枢神经系统病变在糖尿病性胃肠病发生中起重要作用。糖尿病
公园绿地作为人与自然沟通的桥梁,是城市绿地系统中的重要组成部分。将各类绿地按照科学系统的方法组织起来,形成结构合理的绿地系统,以实现绿地所具有的多种功能。在城市建