专利名称：一种磁力控制的墨水渗透式微接触印刷装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种印刷装置，尤其是涉及能够在特定基底上形成微纳图案的一种磁力控制的墨水渗透式微接触印刷装置。
背景技术：
微接触印刷技术是将表面有微纳图案的弹性印章与基底表面接触形成图案化的自组装单分子层，它与其它的印刷方法所不同的是使用了自组装体系来形成不同材料的微图案和微结构。微接触印刷的具体过程是首先使用光刻、电子束刻蚀、精密机械加工等方式在例如硅片的表面形成所需的图案，形成浇铸弹性印章的母版。再将聚二甲基硅氧烷浇铸至母版中，固化后将其剥离，即得表面有微图案的弹性印章。接着在弹性印章表面涂一层活性有机分子的稀溶液，待溶剂挥发后，将弹性印章与基片表面紧密贴合，这样在两者接触的部分，有机分子在基片表面由于化学反应形成自组装单分子层，移去弹性印章后，在基片表面就留下了由自组装分子组成的分子图形，与印章上的阳图形相对应，从而实现了图形的复制。相对于弹性印章来说，活性有机分子的稀溶液相当于“墨水”，而操作过程又恰似“盖印”，故形象地称之为“微接触印刷”。这种方法与光刻相比，过程更简单方便，制备好印章，就可以通过简单直观的“盖印”来重复制作多个图案。而且由于印章的弹性，可以在曲面结构上印刷，并且可以多次反复使用。用微接触印刷技术可以方便直接地将有机分子、蛋白质、聚合物、纳米粒子、胶体、金属印刷在基底上。其次，微接触印刷方法还可以作为基础手段进行表面改性，与其他方法相结合实现功能材料的图形化。由于烷基长链的末端可以引入各种不同的功能基团，因而可以在同一平面上用含有不同功能基末端的烷基链组装成表面性质不同的图案，控制其它材料在其表面的浸润、成核及沉积等。微接触印刷还可以在光纤的表面印刷，制备滤波元件和用于微变压器、微感应器载流体、微弹簧、高分辨微线圈等元件的制造。现有的微接触印刷装置有平面印刷和辊筒印刷装置两种。平面印刷装置的弹性印章面积大小受到限制，安装困难，难以印刷大面积图案。而辊筒印刷装置其快速大面积印刷性能优越，但是由于印章一般可用50次左右，再次浇筑和更换印章耗时耗工。以上两种装置都采用浸泡涂抹方式上墨，将需要大量墨水溶液，并且使用效率较低，经济性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁力控制的墨水渗透式微接触印刷装置，能够快速更换印章、控制印刷压力、连续多次印刷和提高墨水的使用率。本发明采用的技术方案是
本发明包括图案层、感磁层、密封层、渗透层、支撑层、线圈套筒、墨水槽、电磁流量阀；图案层下端面有图案，图案层上端面依次设有感磁层、密封层、渗透层、支撑层和圆筒状的墨水槽；靠近支撑层一端的墨水槽圆柱面上设有线圈套筒；远离支撑层一端的墨水槽圆柱面上的墨水进料管中设有电磁流量阀；墨水槽顶面设有气压连通管；绕在线圈套筒上的线圈与线圈电路连接；图案层、感磁层和密封层之间密封连接组成弹性印章，弹性印章通过线圈的磁场与渗透层连接；渗透层、支撑层和墨水槽之间密封连接；控制器分别与电磁流量阀、线圈电路和气压控制单元连接所述图案层、密封层和渗透层的材料为聚二甲基硅氧烷。所述感磁层为聚二甲基硅氧烷和永磁体粉末浇铸成型。所述支撑层材料为二氧化硅，支撑层上开有阵列式渗透孔。所述墨水为十二、十六或十八烷基硫醇的乙醇溶液。本发明具有的有益效果是
(I)本发明将微接触印刷过程中的印章安装、上墨以及印刷等工序集成至一个装置中，并进行有效的控制。(2)感磁层作为弹性印章的夹层，将有效的对大面积印章的安装处理带来方便，而且能有效控制印刷的参数。(3)充分利用聚二甲基硅氧烷的醇类通透性，能够连续的上墨，并且节约了墨水的
使用量。(4)气压控制单元对于墨水槽的气体气压的控制可以和其它印刷工序配合，限制和调节墨水渗透的速度。
图I是本发明整体结构示意图。图2是本发明弹性印章的三层结构立体图。图3是本发明局部结构立体图。图4是本发明磁场作用示意图。图中1、图案层，2、感磁层，3、密封层，4、渗透层，5、支撑层，6、线圈，7、墨水，8、墨水槽，9、气体，10、电磁流量阀，11、线圈电路，12、气压控制单元，13、控制器，14、图案层图案，15、渗透孔，16、卡槽，17、墨水进料管，18、气压连通管，19、线圈套筒，20、套筒卡销。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图I、图3、图4所示，本发明包括图案层I、感磁层2、密封层3、渗透层4、支撑层
5、线圈套筒19、墨水槽8、电磁流量阀10 ;图案层I下端面有图案，图案层I上端面依次设有感磁层2、密封层3、渗透层4、支撑层5和圆筒状的墨水槽8 ;靠近支撑层5 —端的墨水槽8圆柱面上设有线圈套筒19 ;远离支撑层5 —端的墨水槽8圆柱面上的墨水进料管17中设有电磁流量阀10 ;墨水槽8顶面设有气压连通管18 ;绕在线圈套筒19上的线圈与线圈电路11连接；图案层I、感磁层2和密封层3之间密封连接组成弹性印章，弹性印章通过线圈6的磁场与渗透层4连接；渗透层4、支撑层5和墨水槽8之间密封连接；控制器13分别与电磁流量阀10、线圈电路11和气压控制单元12连接；卡槽16分布于墨水槽8下部的外表面，在其圆周方向平均分布四个卡槽16，与线圈套筒19的内壁上的四个套筒卡销20配对。如图2所示，所述图案层I、密封层3和渗透层4的材料为聚二甲基硅氧烷。由聚二甲基硅氧烷浇铸固化制作，将主剂和固化剂以质量比10:1进行混合，在真空环境下脱泡10分钟，再浇铸在有微图案的衬底上，使用旋涂法控制厚度，每层的厚度不超过2毫米，固化需要在65摄氏度下保存4小时。 如图2所示，所述感磁层2为聚二甲基硅氧烷和永磁体粉末浇铸成型。固化之后进行强磁场磁化制作，主剂和固化剂、永磁体粉末的质量比大约为6:1:4。永磁体粉末为天然的磁石，如磁铁矿等以及人造磁钢，如铁镍钴磁钢等，该粉末的直径小于20微米。如图I、图3所示，所述支撑层5材料为二氧化硅，支撑层5上开有阵列式渗透孔15。如图I所示，所述墨水7为十二、十六或十八烷基硫醇的乙醇溶液。本发明实施过程的步骤如下
(I)如图2所示，使用旋涂法将图案层I浇铸在有图案的母版上，形成互补的图案层图案14，待未完全固化后，在图案层I上浇铸感磁层2，再进行密封层3的浇铸；图案层I和密封层3为主剂和固化剂质量比10:1的聚二甲基硅氧烷制作，感磁层2是将永磁体粉末掺杂进聚合物中浇铸得到，施加强磁场磁化。(2)如图3所示，渗透层4的上表面经过等氧离子处理20秒后与支撑层5直接压
口 ο(3)如图3、图4所示，将已有线圈6的线圈套筒19和墨水槽8装配，具体为套筒卡销20自下而上与卡槽16配合，旋转完成安装。(4)如图I、图4所示，控制器13为普通PLC或DSP控制器，线圈电路11为普通PCB板上的调控电路，控制器13控制线圈电路11，线圈6产生磁场对感磁层2产生吸力，弹性印章整体与墨水槽8连接，完成印章安装；电磁流量阀10为商用电磁流量阀，控制流体流速流向；气压控制单元12为商用可电控气泵；综合调节电磁流量阀10和气压控制单元12，将墨水7注入至墨水槽8中，墨水7的渗透是由于聚二甲基硅氧烷对醇类的通透性，气压控制单元12控制墨水槽8的气体9的气压，调控墨水7向下渗透的速度，其中墨水7的材料为十二、十六或十八烷基硫醇的乙醇溶液，其浓度为I至10毫摩尔每升。(5)待氮气流蒸发乙醇后，装置整体与待印刷基底接触，控制器13控制线圈电路11，使感应磁场对感磁层2产生斥力，调节弹性印章对基底的压力，优化图案的精度和质量。(6)装置脱离基底，反复进行上述步骤，每次安装弹性印章可以重复印刷30次左右，并且可以通过磁场变化快速更换印章。
权利要求
1.一种磁力控制的墨水渗透式微接触印刷装置，其特征在于包括图案层(I)、感磁层(2)、密封层(3)、渗透层(4)、支撑层(5)、线圈套筒(19)、墨水槽(8)、电磁流量阀(10);图案层(I)下端面有图案，图案层(I)上端面依次设有感磁层(2)、密封层(3)、渗透层(4)、支撑层(5)和圆筒状的墨水槽(8);靠近支撑层(5)—端的墨水槽(8)圆柱面上设有线圈套筒(19);远离支撑层(5)—端的墨水槽(8)圆柱面上的墨水进料管(17)中设有电磁流量阀(10);墨水槽(8)顶面设有气压连通管(18);绕在线圈套筒(19)上的线圈与线圈电路(11)连接；图案层(I)、感磁层(2)和密封层(3)之间密封连接组成弹性印章，弹性印章通过线圈(6)的磁场与渗透层(4)连接；渗透层(4)、支撑层(5)和墨水槽(8)之间密封连接；控制器(13)分别与电磁流量阀(10)、线圈电路(11)和气压控制单元(12)连接。
2.根据权利要求I所述的一种磁力控制的墨水渗透式微接触印刷装置，其特征在于所述图案层(I)、密封层(3)和渗透层(4)的材料为聚二甲基硅氧烷。
3.根据权利要求I所述的一种磁力控制的墨水渗透式微接触印刷装置，其特征在于所述感磁层(2)为聚二甲基硅氧烷和永磁体粉末浇铸成型。
4.根据权利要求I所述的一种磁力控制的墨水渗透式微接触印刷装置，其特征在于所述支撑层(5)材料为二氧化硅，支撑层(5)上开有阵列式渗透孔(15)。
5.根据权利要求I所述的一种磁力控制的墨水渗透式微接触印刷装置，其特征在于所述墨水(7)为十二、十六或十八烷基硫醇的乙醇溶液。
全文摘要
本发明公开了一种磁力控制的墨水渗透式微接触印刷装置。图案层上端面依次设有感磁层、密封层、渗透层、支撑层和圆筒状的墨水槽；靠近支撑层一端的墨水槽设有线圈套筒；另一端的墨水进料管中设有电磁流量阀和气压连通管；线圈套筒上的线圈与线圈电路连接；弹性印章通过线圈的磁场与渗透层连接；控制器分别与电磁流量阀、线圈电路和气压控制单元连接。本发明将微接触印刷过程中的印章安装、上墨以及印刷工序集成控制；感磁层作为弹性印章的夹层，对大面积印章的安装处理带来方便，并能有效控制印刷的参数；充分利用聚二甲基硅氧烷的醇类通透性，能够连续上墨；气压控制单元对于墨水槽中气体气压的控制和其它印刷工序配合，限制和调节墨水渗透的速度。
文档编号B41K3/62GK102616031SQ2012100878
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者戴宇, 梁观浩, 梅德庆, 汪延成, 陈子辰 申请人:浙江大学