實驗名稱：氣流輔助靜電聚焦電流體噴頭實驗研究

　　測試設備：高壓放大器、函數發生器、精密流量泵、激光共聚焦顯微鏡和超景深光學顯微鏡等。

　　實驗過程：

　　圖1：實驗平台：(a)實驗平台示意圖；(b)實驗平台實物圖

　　实验中使用的实验平台如图1所示。基板安装在运动平台上，喷头安装在运动平台正上方，软件控制电机带动运动平台进行运动。通过软件可以对平台的运动速度、运动轨迹及喷头高度等进行调节，打印图案的位图文件和运动轨迹文件均可导入到平台软件中，软件对文件进行读取后直接控制运动平台进行预定图案的运动，从而实现各种定制图案的打印。精密流量泵对喷头进行溶液供给。气泵对喷头进行气流供给，通过调节调压阀对输入喷头的气流压力进行控制，同时喷头气流入口处设置有气压表用于实时监测其气压的变化以保证气压的稳定，所使用的是调压阀和数显气压表。高壓电源为喷头各电机提供高壓，高壓电源由函数信号发生器和高壓放大器组成，函数信号发生器用于产生各种形式（直流、交流、脉冲等）的电压信号，高壓放大器将函数信号发生器输出的电压信号放大（1000倍）后输出到喷头的高壓电极上。实验平台上设置有观测相机对打印的实时情况进行观测。对打印在基板上的实验结果采用显微镜进行观测，所使用的包括激光共聚焦显微镜和超景深光学显微镜。

　　實驗結果：

　　圖2：絕緣基板銀漿打印結果：(a)常規電流體噴印打印結果；(b)噴頭靜電聚焦功能打印結果；(b)線寬隨基板速度變化

　　常規電流體噴印在絕緣的PI膜基板上打印的結果如圖2(a)所示，受基板的影響，打印的銀漿呈現彎曲狀態，調節噴嘴距基板的距離也不能解決這種問題。靜電聚焦電流體噴印實驗中使用半徑爲20?m的玻璃噴嘴並采用納米銀漿溶液打印在絕緣聚酰亞胺(PI)基板和玻璃基板上。采用的靜電透鏡結構是內徑爲2.2mm的電極膜片結構。圖2(b)顯示了納米銀漿溶液在玻璃基板和PI基板上的打印結果。圖2(c)顯示了打印的銀漿溶液的線寬隨基板運動速度的增大而減�。�在基板速度爲300mm/s時，在PI基板上的線寬能到達20?m，在玻璃基板上的線寬能到達10?m。這顯示了噴頭采用靜電聚焦功能時在絕緣基板上具有良好的打印效果。

　　圖3：傾斜基板上打印結果：(a)打印過程觀測圖；(b)誤差系數隨傾斜角度的變化

　　爲證明靜電聚焦功能的噴頭能在傾斜基板上提高打印精度，進行實驗比較靜電聚焦電流體噴頭和常規電流體噴印在傾斜的基板上的打印效果，如圖3所示。爲了便于相機觀測，實驗使用半徑爲150?m的金屬噴嘴並采用納米銀漿溶液打印在傾斜的導電矽基板和絕緣聚酰亞胺(PI)基板上。采用的靜電透鏡結構是內徑爲4mm的藍寶石片結構。打印所采用的參數如圖3(a)和(b)所示，在導電矽基板上打印時，常規電流體噴印中噴嘴與基板之間形成的傾斜電場造成了射流很明顯的偏移。而靜電聚焦電流體噴頭中，靜電透鏡對電場的聚焦作使射流的偏移明顯的減小。其中ds表示射流與噴頭中心線在基板上落點之間的距離，hs表示噴頭中心線在基板上的落點與噴頭之間的距離，並將誤差系數(ds/hs)作爲在傾斜基板上打印誤差的評估。實驗結果如圖3(c)所示，在導電矽基板上，靜電聚焦電流體噴頭的誤差系數(ds/hs)明顯小于常規電流體噴印的誤差系數。在絕緣的PI(相對介電常數爲3.5)基板上，常規電流體噴印很難實現穩定的打印。靜電聚焦電流體噴頭不僅能實現穩定的打印而且具有比矽基板上打印的更小的誤差系數，在基板傾斜角度小于30°時誤差系數小于0.03。這表明噴頭的采用靜電聚焦功能時在絕緣和傾斜的基板上具有更高的打印精度。

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