【摘 要】
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近年来,人工智能、5G网络、大数据等前沿技术的进步,推动了结构健康监测领域的快速发展。而在结构健康监测网络系统中,作为数据收集、分析与传送的硬件基础,各种特定功能形式的智能材料与结构如传感器、驱动器、能量收集器等至关重要。与此同时,电驱动近场直写技术的出现与发展为柔性传感器件的设计与制造提供了一条全新的思路。电极是大多数传感器中不可缺少的重要组分,因此研究基于电驱动近场直写技术的纳米银材料电极打印
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近年来,人工智能、5G网络、大数据等前沿技术的进步,推动了结构健康监测领域的快速发展。而在结构健康监测网络系统中,作为数据收集、分析与传送的硬件基础,各种特定功能形式的智能材料与结构如传感器、驱动器、能量收集器等至关重要。与此同时,电驱动近场直写技术的出现与发展为柔性传感器件的设计与制造提供了一条全新的思路。电极是大多数传感器中不可缺少的重要组分,因此研究基于电驱动近场直写技术的纳米银材料电极打印与烧结技术及其在全打印柔性传感器中的应用具有重要的理论意义和应用前景。本文基于电驱动近场直写打印技术,以纳米银导电墨水为打印材料,进行电极打印与烧结技术研究。为实现高精度打印的同时保证打印得到的电极具有优异的电学性能,从技术理论、数值模拟、实验探究等角度进行了系统而深入的研究,本论文的具体研究工作主要从以下几方面展开:（1）搭建电驱动近场直写打印技术实验装置,介绍该打印技术的系统构成,并分析其打印原理。从理论层面分析电驱动近场直写技术中泰勒锥及锥射流的形成,并分析电场中泰勒锥的受力,对打印模式进行分类比较,筛选出影响打印精度及控制的主要工艺参数与墨水流体参数。（2）分析电驱动近场直写技术中的电流体动力学理论,推导电场和流场控制方程,分析电场、流场和空间电荷密度场这三者之间的耦合作用,建立与电驱动近场直写打印技术相适应的数学模型,为下文对打印过程中电场的仿真模拟和打印实验的工艺研究与参数优化奠定了必要的理论基础。（3）对不同工艺参数条件下打印模型的电场分布及强度进行数值模拟,分别模拟控制电压、针头尺寸、针板间距等主要参数对电场及打印的影响,并结合打印实验,优化电极打印工艺参数,建立打印工艺窗口。（4）实验研究烧结工艺对纳米银打印电极薄膜微观结构及电学性能的影响,优化电极烧结工艺参数并分析电极烧结机理。实验研究烧结机制外可有效提升电极电学性能的工艺机制与机理。发现通过在纳米银导电墨水中掺杂适量（0.2%-0.5%）的碳纳米管可使打印烧结后电极薄膜的电学性能显著提升,并研究掺杂工艺对其微观结构的影响及机理。最后探索柔性传感器全打印中银电极与器件多组元结合问题、交流信号控制打印等新型打印技术和新型纳米银导电墨水工艺开发,为本课题的下一步研究提供参考。
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