电流体喷印立体线形微纳结构研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:SB502
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立体微纳结构作为平面结构的重要补充,在微纳传感器、精密光学、组织工程、新能源等领域有着巨大的产业需求。然而,低成本、高效率地制备高长径比的立体线形结构比较困难。电流体喷印技术可以通过稳定的微纳射流实现立体结构的打印,具有打印分辨率高、材料选择范围广、工艺简单等特点,非常适合高长径比立体线形结构的制备。本文首先对热场调控电流体喷印的过程进行了理论分析,通过构建仿真模型,着重研究了墨水粘度对射流的影响,确定了适合打印的墨水的粘度范围。基于电流体喷印技术的基本原理与工艺特性,搭建了热场调控电流体喷印平台,实现了各打印参数的高效调整与打印情况的实时监测。打印了PZT(锆钛酸铅压电陶瓷)立体线形结构,并测试了其压电性能。实验探究了热场温度、电压、Z轴拉伸速度等参数对打印的影响,并在合适的参数下得到了直径1-2μm,长径比1000的立体线形结构,在此基础上通过空间电场诱导打印了具有空间几何特征的线形结构。确定了650℃为PZT线形结构退火结晶的最佳温度,并分析了其结晶后的表面形貌和元素分布情况;使用硅掩模版辅助沉积线形结构两侧的金属电极,并利用纳米压印仪对线形结构施加径向载荷,测试了其压电响应;经计算,PZT线形结构的压电常数为169.5 p C·N-1,与PZT块材相当。打印了银立体线形结构和拱形结构,并设计了多电极诱导成形装置。配制了导电银墨水,打印了直径5μm,长度2 mm,长径比400的立体线形结构,在此基础上制备了跨越沟道的拱形结构;在500℃下烧结后,其体电阻率为5.12×10-8Ω·m;多电极诱导成形装置通过改变电场力的大小和作用位置,可在银线形结构的基础上实现螺旋结构的制备;聚合物柱状结构可简化诱导成形过程,并使螺旋结构更加规则。
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