DOD压电式喷墨打印液滴形成和沉积过程的研究

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喷墨打印技术是一种无接触、高效率且可实现材料精确沉积的现代化制造技术。随着研究的迅速深入,喷墨打印已经从单纯的印刷领域扩展到电子制造、生命科学和增材制造等前沿领域。作为一种可精确控制微米级液滴产生和沉积的技术,喷墨打印在工业上拥有极大的发展空间,尤其在柔性电子制造领域具备广阔的前景。本文针对喷墨打印中应用最为普遍的DOD压电式喷墨打印技术,以液滴观测和数值模拟为主要研究手段,对其基础理论进行探讨。本文首先通过对DOD压电式喷墨过程建立简化的动力学模型,采用压力波传导理论分析了喷头内部油墨的流动情况,确定了喷孔入口处的压力条件。将喷墨打印的全过程分为液滴形成和液滴沉积两个关键阶段,采用实验和仿真相结合的手段分别对这两个过程进行研究,为今后深入的应用奠定基础。对于液滴生成阶段,主要研究操作参数和油墨流体性质的影响。以实验对比的方式,研究了脉冲电压幅值、高电平维持时间和脉冲频率对液滴形态、体积和速度的影响。选择无量纲参数Oh-1为评价指标,衡量液体的粘性和表面张力关系,研究不同流体性质下液滴的形态特征。以此为基础,分析卫星液滴的生成条件。对喷墨中观测到的缺陷现象,通过模拟再现,并给出理论解释和应对方法。对于液滴在基板上的沉积阶段,利用FLUENT仿真液滴在平整基板上撞击后铺展的全过程,研究了铺展系数的理论计算和空气卷入的问题,并针对主要参数接触角和液滴速度的影响进行了模拟;之后针对实际情况,研究了液滴在含有隔断的预成型基板上的扩展情况。最后提出了一种绿色方便的方法制备导电物质——纳米银粒子,并以此制备水基银系导电油墨,通过喷墨实验得到理想的单分散液滴形态,打印而成的导电薄膜的体积电阻率3.5×10-5Ω·cm,证明了制备的导电油墨具备很好的打印和导电性能,对以后相关应用的开发具备极强的指导意义。
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