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高壓放大器在基于EHD電噴的柔性壓力傳感器制備研究中的應用

作者:Aigtek 閱讀數:0 发布时间:2024-03-18 16:35:10

  實驗名稱:基于EHD電噴的柔性壓力傳感器制備技術研究

  研究方向:EHD電噴技術是近年來出現的一種微納尺度的新型3D打印技術,因其打印精度高、設備操作簡單、材料來源廣泛以及成本低等特點受到廣泛關注,在柔性電子、生物醫療和可穿戴設備等領域具有廣泛的應用前景。

  實驗目的:搭建一套高分辨率電噴印三維工作實驗平台,首先在載玻片上進行實驗驗證理論與數值模擬的正確性,然後在PET膜上實驗研究不同工藝參數(電壓、氣壓、噴印速度)對噴印納米銀導電墨水成型性能的影響規律。

  測試設備:高壓放大器、任意波形信號發生器、高精度智能電壓表、開關電源等。

EHD电喷实验平台系统框图

  圖:EHD電噴實驗平台系統框圖

  實驗過程:

EHD电喷实验平台结构示意图

  圖:EHD電噴實驗平台結構示意圖

  搭建三維運動控制系統,使用高壓放大器、任意波形信號發生器、高精度智能電壓表、開關電源等搭建電壓控制系統,使用噴嘴和儲料筒搭建供液系統,使用隔膜真空泵、氣壓控制器、氣管和點膠適配管搭建氣動系統,最後使用USB電子顯微鏡和光學顯微鏡搭建圖像采集系統。

  實驗步驟如下:

 。1)將點膠針頭安裝在膠筒上,然後使用注射器將納米銀導電墨水注射于膠筒中。

  (2)通過上位機控制界面調節三維運動平台Z軸高度,使導電噴嘴與接收基板之間的距離爲0.5mm。

 。3)連接氣管與點膠適配管,打開隔膜真空泵和氣壓調節器,調節氣壓至所需第4章EHD電噴實驗平台搭建與測試36氣壓,等待氣壓穩定。

 。4)將電壓控制系統的電壓輸出端與點膠噴嘴相連,確保線路連接可靠,打印平台接地良好,點膠噴嘴遠離金屬器材,保證不受外界環境幹擾。

 。5)將USB電子顯微鏡與上位機連接,調整顯微鏡距離保證能清晰觀察噴嘴處畫面。

 。6)打開電壓控制系統儀表箱的品字電源開關,然後依次打開面板上的開關按鈕、任意波形信號發生器開關與旋鈕開關,設置任意波形信號發生器的輸出波形並輸出。

  (7)將沈積有納米銀墨水的接收基板放在幹燥箱中140℃下加熱30min,觀察沈積狀態。

  設置如下的實驗工藝參數:導電噴嘴與PET距離0.5mm,交流脈沖電壓的幅值爲1300V、頻率爲500Hz、占空比爲50%,施加的氣壓爲8mmHg。圖3所示爲在噴印速度爲4mm/s、8mm/s、12mm/s、16mm/s、20mm/s、24mm/s、28mm/s下打印導線的對比圖。下圖4所示爲導線線寬與噴印速度關系的點線圖。

不同喷印速度打印导线对比图

  圖3:不同噴印速度打印導線對比圖

导线线宽与喷印速度关系的点线图

  圖4:導線線寬與噴印速度關系的點線圖

  實驗結果:

  設計並搭建了高分辨率電噴印三維工作實驗平台,介紹了各系統所需要的實驗設備及接線方式。所搭建的實驗平台具有較高的運動精度爲0.05mm,X、Y、Z軸的有效行程分別爲30cm、30cm、20cm。通過在載玻片上噴印納米銀導電墨水,研究了直流電壓和氣壓對錐射流形態的影響,得出了與理論分析和仿真結果相同的結論。通過在PET膜上電噴印納米銀導電墨水,研究了噴印電壓、噴印氣壓以及噴印速度對打印圖形的影響和規律,最終得出了一組最佳工藝參數爲交流脈沖電壓的幅值1300V、頻率500Hz、占空比50%,氣壓8mmHg,噴印速度24mm/s,在這組工藝參數下噴印的納米銀導線線寬最小爲100μm。

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ATA-7020高壓放大器指标参数

  圖:ATA-7020高壓放大器指標參數

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