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电射流打印以其制造精度高、对打印材料适应性好和适用于复杂微结构成型等优势,在微纳电子器件和传感器等方面具有很大的应用潜力。本文选用石墨烯墨水作为打印液体,研究了电射流打印的脉冲控制,探讨了打印参数对成型尺寸和打印稳定性的影响,进行了石墨烯的纳米层打印,实现了石墨烯微结构的按需打印制造,制备了用于微流控芯片检测的Pt/石墨烯复合微电极和石墨烯场效应管传感器,分别测试了其性质。 首先,完成了脉冲电射流打印平台的构建,研究了脉冲参量对成型结构线宽和稳定性的影响。影响打印的参数主要是脉冲电压幅值、占空比、流量、平台运动速度、脉冲频率和打印高度等。其中,脉冲电压幅值升高时,打印稳定性变差。占空比和流量减小时,成型结构线宽减小。根据不同的平台运动速度,可以打印出点结构或线结构,线结构的线宽随平台运动速度的升高而减小。优化打印参数后,使用内径50μm的喷针打印出了线宽约20μm的石墨烯线结构阵列。实现了电喷印的按需式打印技术,获得了微纳尺度图形打印的控制方法。分析了不同的按需打印方式对按需打印的影响,结果表明,通过改变脉冲电压波形的方式,由标准脉冲波,改变为阶梯形脉冲波,逐渐增大电压,可以有效避免打印时出现的大液滴,实现按需打印。在硅衬底上,打印成型了各种微图形。 然后,对石墨烯微结构进行了表征,研究了石墨烯打印层数与成型结构电阻率、厚度和表面形貌的关系。当打印层数增多时,成型结构厚度随之变大,两者基本呈线性比例关系,打印层数为1层和50层时,厚度分别为5 nm和730 nm;电阻率随之减小,打印层数为20层时,电阻率为1.4 mΩ·cm;表面形貌随着打印层数的增多而逐渐趋于平滑。 最后,将按需打印技术与MEMS工艺结合,制作了Pt/石墨烯复合微电极并形成微流控芯片器件,利用此器件,进行了铁氰化钾的电化学检测。结果表明,选用5 mmol/L铁氰化钾作为被测物时,复合电极比Pt电极的响应信号提高约150%。制作了石墨烯场效应管传感器,分别利用电阻法和电流法,对汞离子和硫离子进行检测,显示出了较高灵敏性。