气动式双喷头喷射装置开发及银导线打印基础研究

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近年来,柔性电子产品因其良好的柔韧性和可弯曲性,受到了越来越多的关注。柔性电路作为连接柔性电子产品的重要部件,是实现柔性电子产品预定功能的关键,但当前柔性电路在制造过程中面临成本高、工艺复杂等问题,因此,实现柔性导电线路的低成本、工艺简单、无污染制造是当前需要解决的难题。基于上述分析,本文在现有导电线路成形方法的基础上,提出了微滴喷射打印成形导电线路的制备方法,开发了气动式双喷头微滴喷射装置。采用理论与实验相结合的研究方法,获得了微滴按需喷射的稳定参数,研究了微滴在按需喷射条件下微滴的喷射过程,分析了供气压力、脉冲宽度、喷嘴孔径等不同影响因素对微滴尺寸的影响规律,为后续获得不同尺寸的微滴提供理论基础。通过对硝酸银与抗坏血酸微滴进行打印成形银导线试验,研究不同沉积序列对成形银导线方阻的影响规律,为后续微滴喷射打印成形高质量导线奠定基础。首先,依据设计开发了气动式微滴喷射系统,该系统主要包括调节机构、喷射装置、喷射控制系统、图像采集系统与运动控制系统,各部分协调可靠工作,为后续研究微滴喷射成形银导线奠定基础。其次,在系统按需喷射的基础上,研究了硝酸银和抗坏血酸的微滴喷射过程。试验利用孔径为121μm、159μm的坩埚,浓度为1.96mol/L、1.31mol/L的硝酸银和抗坏血酸溶液进行喷射试验,并获得二者按需喷射的稳定工作参数。在按需喷射的基础上,对硝酸银与抗坏血酸的微滴喷射过程图像进行全程采集,试验结果表明,硝酸银与抗坏血酸的微滴喷射过程都经过了液柱伸长、缩颈断裂成单颗微滴、微滴飞行及液柱回缩三个阶段,说明系统在一次脉冲信号的作用下可产生单颗微滴,实现了系统的按需喷射,试验获得硝酸银与抗坏血酸在按需稳定喷射参数下的微滴直径分别为517μm和525μm。在按需喷射的基础上,试验通过选择改变供气压力、脉冲宽度、喷嘴孔径等参数,研究参数变化对微滴尺寸的影响,实验结果表明,微滴尺寸随着供气压力、脉冲宽度与喷嘴孔径的增加而增加。最后,在上述研究的基础上和按需喷射条件下在A4纸上进行不同打印序列次数成形银导线试验,并对不同沉积序列成形银导线进行方阻测量,结果表明随着打印序列的增加,方阻由2.659Ω/□降低到0.045Ω/□,方阻的标准偏差由2.563Ω/sq减小到0.022Ω/sq。对导线进行能谱试验结果表明,沉积成形的导线产物为Ag。SEM试验表明,随着打印序列次数的增加,银导线内部孔洞减少,反应生成的银微粒数量增加。
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