一种基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置及喷印方法

本发明属于喷墨打印，更具体地，涉及一种基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置及喷印方法。

背景技术：

1、喷印技术是一种无接触、无需模板的直接制造技术，能在常温、常压、非洁净环境下将溶液实现数字化柔性印刷，可大面积批量化制造，是实现印刷电子制造的有效途径之一。近年来，采用喷印技术来制备印刷电子功能元器件已经成为一个热门研究领域。传统喷墨打印按液滴的生成方式可分为连续式(continuous ink-jetting，cij)和按需式(drop-on-demand，dod)两类。

2、电流体喷印技术(electrohydrodynamic printing)作为目前最新的喷印技术，相较于传统喷墨打印，具有以下独特的优势：高分辨率，能达到微米甚至纳米级；粘度范围广(1～10000mpa·s)，适应多种功能材料；打印特征尺寸比喷嘴尺寸小，为实现较高的打印分辨率可使用较大尺寸的喷嘴，降低了喷嘴的制造难度；不易堵喷嘴，电场作用下流体的流动性增强。因此，电流体动力喷印工艺在印刷电子制造中具有广泛的应用前景，如电喷印、电纺丝、电喷雾可分别用于制备印刷电子器件的电极、互联层、薄膜层。

3、阵列化电流体喷头是实现电流体喷墨打印工业化的关键。而目前采用喷嘴阵列的实验装置大多难以实现独立可控喷射和自动化喷印，仅能简单的并行喷印图案，难以进一步提升系统喷印复杂图案的能力。专利cn201410289239.5提出了喷头独立可控打印的实现方法，但需要在喷孔下方外加提取电极，墨液易偏斜至提取电极上，使喷头损坏，且结构复杂，制造困难。专利cn201510299992.7提出了一种微型的电喷雾芯片器件及制作方法，但其喷雾芯片无法实现对每个喷孔的喷印状态进行独立调控。专利cn202111078207.7提出了一种独立可控打印的电流体喷头，但也增加了喷嘴结构的复杂度。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置及喷印方法，通过在喷嘴侧面增设偏转电极，对带电射流的运动轨迹进行控制，使得需要墨滴的位置带电射流能够顺利滴落到基板表面；而不需要墨滴的位置，带电射流受偏转电场的作用发生偏转落至墨滴收集盒中，间接实现喷嘴的独立控制。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置，包括电流体喷头、高压电源以及控制模块；

3、所述电流体喷头包括墨盒、喷孔板、喷嘴、偏转电极以及绝缘支架；其中，所述墨盒用于储存墨液；所述喷孔板为带通孔的平板且设置于所述墨盒底部，所述通孔用于引导墨液流入所述喷嘴；所述绝缘支架固定安装于所述墨盒或喷孔板上，包括侧壁及延伸部分；多个所述偏转电极设置在所述侧壁上，并与多个所述喷嘴一一对应，所述延伸部分形成墨滴收集盒，用于收集在偏转电极作用下发生偏转的墨滴；

4、所述高压电源用于产生电流体喷头的工作电压以及偏转电极上的偏转电压；

5、所述控制模块用于控制所述高压电源输出的电压信号。

6、进一步地，所述偏转电极表面设置绝缘层，防止不同偏转电极之间通过墨液导通；所述绝缘层表面做亲水处理，防止发生偏转的墨滴在进入所述墨滴收集盒时发生飞溅。

7、进一步地，所述喷嘴为凸台结构，且凸台表面做绝缘及疏水处理，防止喷印时喷嘴端部液体发生蔓延。

8、进一步地，所述墨滴收集盒的底部接地，以便将收集的墨滴中所带的电荷及时导出。

9、进一步地，所述墨滴收集盒中的收容槽和回收池相连，通过墨滴收集盒回收的墨滴通过自重流到所述回收池。

10、为实现上述目的，第二方面，本发明提供了一种采用第一方面所述的基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置实现的阵列化电流体喷头独立喷射控制方法，包括以下步骤：

11、所述控制模块接收打印指令，并转化为相应的逻辑控制信号输出给所述高压电源；

12、所述高压电源向所有的喷嘴施加工作电压，使墨液以带电射流的形式喷出；

13、所述高压电源向所有下落过程中需要发生偏转的带电射流所属喷嘴对应的偏转电极施加偏转电压，使该部分带电射流发生偏转进入墨滴收集盒中，其余带电射流垂直下落于基板上。

14、进一步地，所述墨滴收集盒中收集的墨滴过滤杂质后，进入回收池中，然后在回收池进行稀释处理，以补偿其在运动过程中蒸发的溶剂，最后通过泵压的方式回流入所述墨盒中实现重复利用。

15、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

16、相较于现有的在喷嘴下放置金属环来控制墨滴的滴落；本发明通过偏转电极的作用使得不需要墨滴位置处的带电射流偏转进入到墨滴收集盒中，从而间接实现对各个喷嘴的独立控制喷射。如此，本发明的稳定性更高，偏转电极侧置相较于放置于喷嘴下的金属圆环，电极被墨滴污染的可能性大大降低，同时相较于传统的电流体喷印设备，喷嘴的结构以及控制方法更简单。

技术特征：

1.一种基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置，其特征在于，包括电流体喷头、高压电源以及控制模块；

2.根据权利要求1所述的基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置，其特征在于，所述偏转电极表面设置绝缘层，防止不同偏转电极之间通过墨液导通；所述绝缘层表面做亲水处理，防止发生偏转的墨滴在进入所述墨滴收集盒时发生飞溅。

3.根据权利要求1所述的基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置，其特征在于，所述喷嘴为凸台结构，且凸台表面做绝缘及疏水处理，防止喷印时喷嘴端部液体发生蔓延。

4.根据权利要求1所述的基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置，其特征在于，所述墨滴收集盒的底部接地，以便将收集的墨滴中所带的电荷及时导出。

5.根据权利要求1所述的基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置，其特征在于，所述墨滴收集盒中的收容槽和回收池相连，通过墨滴收集盒回收的墨滴通过自重流到所述回收池。

6.一种采用如权利要求1至5任一项所述的基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置实现的阵列化电流体喷头独立喷射控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的阵列化电流体喷头独立喷射控制方法，其特征在于，所述墨滴收集盒中收集的墨滴经过滤器过滤杂质后，进入回收池中，然后在回收池进行稀释处理，以补偿其在运动过程中蒸发的溶剂，最后通过泵压的方式回流入所述墨盒中实现重复利用。

技术总结
本发明公开了一种基于偏转电极的阵列化电流体喷印装置及喷印方法，属于喷墨打印技术领域。喷印装置包括电流体喷头、高压电源以及控制模块。电流体喷头包括墨盒、喷孔板、喷嘴、偏转电极以及绝缘支架；其中，墨盒用于储存墨液；喷孔板为带通孔的平板且设置于墨盒底部，用于引导墨液流入喷嘴；绝缘支架固定安装于墨盒或喷孔板上，包括侧壁及延伸部分；多个偏转电极设置在侧壁上，并与多个喷嘴一一对应，延伸部分形成墨滴收集盒，用于收集在偏转电极作用下发生偏转的墨滴；高压电源用于产生电流体喷头的工作电压以及偏转电极上的偏转电压；控制模块用于控制高压电源输出的电压信号。本发明能够间接实现对各个喷嘴的独立控制喷射，且稳定性更高。

技术研发人员：段永青,李浩阳,杨唯笠,尹周平
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15