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材(cai)料(liao)沉(chen)積(ji)噴墨打(da)印及(ji)
塗(tu)層係統解(jie)決(jue)方案

我們的應用

基於Inkjet、EHD、Ultra-sonic等技術積累,搭建材料噴墨打印與塗層研究與 應用平台,從科研到產業為您提供解決方案。

<p>柔性可拉伸穿戴器件、超級電容器、薄膜晶體管分子器件、薄膜晶體管矩陣、數字電路器件、RFID、高靈敏負溫度係數傳感器、透明導電膜、基於導電及功能材料打印各類微納傳感器、各類二維導電材料(碳管、石墨烯、AgNW、AgNPs)打印、EUV光源、BGA封裝、倒裝芯片封裝等。</p>

電子信息

柔性可拉(la)伸(shen)穿(chuan)戴器件、超(chao)級電容器、薄膜晶(jing)體管(guan)分子器件、薄膜晶體管矩(ju)陣、數(shu)字電(dian)路(lu)器(qi)件、RFID、高(gao)靈敏負溫度係(xi)數傳(chuan)感(gan)器、透(tou)明導電膜、基(ji)於導(dao)電及功能材料打印各類(lei)微(wei)納(na)傳感器、各類二(er)維(wei)導電材料(碳管、石墨(mo)烯、AgNW、AgNPs)打印、EUV光(guang)源(yuan)、BGA封(feng)裝(zhuang)、倒裝芯片封(feng)裝(zhuang)等。

典型案例

  • ▲ EUV光源錫液滴發生器

    光刻機是(shi)在半導體領域(yu)必(bi)不可(ke)少(shao)的設(she)備(bei),無論(lun)生產製造什麽樣的芯片,都脫離不(bu)了光刻(ke)機(ji),如(ru)果(guo)說(shuo)航(hang)空發動機代表了人(ren)類科技領域發展的top水平,那(na)麽光刻機則(ze)是半導體工業界(jie)耀眼的明珠,其具有(you)技術難(nan)度高、單(dan)台成本大、決定集成密度(du)等特點(dian)。而目(mu)前(qian)先進的光刻機是荷蘭ASML生產(chan)的EUV光刻機,華(hua)為麒麟990 5G版(ban)初(chu)次(ci)采用(yong)了7nm EUV技術,EUV技術也叫紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography),它以波長為10-14nm的極紫(zi)外光作(zuo)為(wei)光源的光刻技術。具(ju)體為采(cai)用波長為13.5nm的紫外線(xian),目前1-4代光刻機使用的光源都(dou)屬於深(shen)紫外(wai)光,而5代EUV光刻機則屬(shu)於極紫外光。 本文(wen)主(zhu)要(yao)介紹(shao)MicroFab的Inkjet技術在EVU上的應用。光刻是製造(zao)芯片的關鍵技術,光刻機通(tong)過(guo)光源發出的光通過具有圖(tu)形的光罩(Reticle Mask,又(you)稱掩模(mo)版)在經過縮(suo)圖透鏡(jing)將光罩的圖案照射到塗有光刻膠(jiao)的矽(xi)片(pian)上,光刻膠在見(jian)光後會(hui)發生性質變(bian)化,從而(er)使光罩上的圖形(xing)在矽片上刻錄,使矽片具有電子路線的作用。 EUV(極紫外光)的產生是通過激光將(jiang)錫滴作為燃料使其產生等離子體的過程(cheng)。LPP EUV(激光等離(li)子體極(ji)紫外光源)是將高功率的的二氧化碳(tan)激(ji)光打在直徑約為20μm的錫(xi)液滴上,通過高功(gong)率激光使(shi)錫滴(di)膨(peng)脹蒸發形成錫蒸(zheng)汽(qi),然後將蒸汽加熱產生等離子體,這個過程會產生極紫外光。產生EUV的燃料可以是錫(Sn)、氙(xian)(Xe)、鋰(Li),由於氙(xian)(Xe)和鋰(Li)在實(shi)際(ji)測(ce)試(shi)中其產生的功率(lv)及工藝無(wu)法達到生產要求,錫滴被(bei)作為EUV製造的理想燃(ran)料。 LPP EUV係統(tong)主要包(bao)括(kuo)錫滴發生器、激光器、源收集器、輻射(she)收集(ji)器組成。錫滴發生器用於產生作為燃料的錫液滴,用於產生20μm的錫滴;激光器用於提供能(neng)量源,用於激發錫滴,通過引(yin)導激光束(shu)至(zhi)錫滴來(lai)激發錫滴產生等離子體;源收集器是一個中(zhong)空的腔體,其(qi)內(nei)部為真空(kong)環(huan)境用於支持等離子體;輻射(she)收(shou)集器接收EUV輻射(she),在產生等離子體的過程中會發生EUV輻射(she),通過輻射(she)收集器進行收集並將輻射(she)狙擊成EUV光束進行後(hou)續工作。 其步驟為:1、錫液發生器使錫液滴落(luo)入真(zhen)空室(shi)。2、脈(mai)衝(chong)式高功率激光器擊中從旁飛(fei)過的錫液滴—每秒50,000次(ci)。Laser分(fen)為兩(liang)部分,前脈衝和(he)功率放(fang)大器。前脈衝和主脈衝擊中錫液使其氣化。3、錫原(yuan)子被電離,產生高強度的等離子體。4、收集鏡捕(bu)獲等離子體向所有方向發出的 EUV 輻射(she),匯聚(ju)形成(cheng)光源。5、將集中起來的光源傳遞至光刻係統以曝光晶片。 EVU的錫液滴發生裝置(zhi)主要是由(you)MicroFab提供的噴墨壓電頭(tou)組裝而成。錫滴發生器主要包含儲(chu)液器、錫材料、定(ding)製化的壓電噴頭、加熱(re)器。儲液器用於存儲燃料液體,燃料液體由錫材料製成,在超過235℃高溫(wen)下融化,在氣體壓(ya)力(li)作用下通過壓電噴頭擠出,由於瑞利(li)破碎(sui)形成液滴。 錫滴產生原理(li):定(ding)製化的壓電噴頭中心一端有3-5μm的小(xiao)孔為毛細(xi)玻(bo)璃(li)管,毛細玻璃管外壁粘(zhan)結壓電陶(tao)瓷,壓電陶瓷在電信(xin)號的作用下(xia)會發生形變產生振動,振動從壓電陶瓷傳遞至毛細玻璃管。儲液器連(lian)接至毛細玻璃管的另(ling)一端(duan),儲液器中的錫材料在加熱到高於235℃時形成錫溶液,錫溶液在氣(qi)壓作用下從毛(mao)細玻璃管擠出,產生束流。在沒(mei)有壓電陶瓷(ci)的情(qing)況(kuang)下,束流將在液滴發生一段距離(約(yue)噴嘴直(zhi)徑(jing)的100-1000倍)後自(zi)然破碎形成液滴,其液滴直徑大(da)約為噴嘴直徑的2倍(bei)或(huo)略小,兩液滴間隔(ge)是噴嘴直徑的大約4.5倍,雖(sui)然毛細玻璃管外壁(bi)沒有壓電陶瓷的作用液可以產生瑞利破碎,但(dan)壓電陶瓷可以通過控(kong)製毛細玻璃管內的壓力控製瑞利破碎,從而使形成液滴的位置更(geng)加明(ming)確(que)。 如果噴嘴的直徑為4μm,燃料液滴可以通過瑞利破(po)碎形成約7μm直徑的液滴,液滴分開(kai)大約18μm的距(ju)離,噴嘴(zui)的液滴產生速率對(dui)應的瑞利頻(pin)率與(yu)噴嘴處(chu)燃料的平(ping)均(jun)速(su)度和噴嘴的直徑相關。 雖然(ran)在沒有壓電陶瓷製動的情況下也(ye)可以發生燃料液體束流的瑞利破碎,但(dan)壓電陶瓷可以通過控(kong)製毛細玻璃管內的壓力控製瑞利破碎,調(diao)製毛細玻璃管內的壓力調製離開噴嘴的液體燃料的排出速度,並使液體燃料的束流(liu)在離開噴嘴之後以(yi)受控製的方式直接破碎為液滴。如果通過壓電陶瓷施加的頻率足(zu)夠接(jie)近(jin)瑞利頻率,則燃料液滴形成,液滴被分開的距(ju)離由離開燃料噴嘴的平均排出速度和由壓電陶瓷施加的頻率決定。

  • ▲ EUV光源液態金屬液滴發生器

    在基於使用液態(tai)金(jin)屬液滴目標(biao)的激光等離子體的高亮度EUV光源的研(yan)究中,相關研究團(tuan)隊展示了(le)基於激光等離子體的極紫外(EUV)輻射源的研究,該(gai)激光等離子體是由於納秒Nd:YAG激光器的輻射與由低(di)溫共(gong)晶銦錫合金組(zu)成的液態金屬液滴目標相互作用而產生的。液滴發生器使用商(shang)用噴頭(MicroFab)構(gou)建,並根(gen)據強製毛細管射流分解原理進行操作。證明了液滴質心位(wei)置的長(zhang)期(qi)空間穩(wen)定性(xing),均方根偏(pian)差為~0.5 μm。使用低溫工質代(dai)替(ti)純(chun)錫提高了液滴發生器的可靠(kao)性和使用壽命。對於液滴目標上(shang)激光輻射的時空平均功率密度4×1011Wcm-2和輻射等離子體直徑~80μm,激光能量轉(zhuan)換(huan)為EUV輻射能量(liang)的平均效(xiao)率為13.5±0.135nm等於2.3% (2π sr)–1。使用雙(shuang)脈衝方(fang)法,研究(jiu)人員對源操(cao)作的重複(fu)脈衝機製進行了建(jian)模,並證明了其穩定運(yun)行的可能性,重(zhong)複率達(da)8kHz,液滴生成重複率超過32kHz,這將允許(xu)源亮度大到(dao) ~0.96kW(mm2sr)–1。(上圖顯(xian)示了在激光脈衝衝擊後1.3毫(hao)秒(miao)時液滴的陰影照片,從與激光光軸(zhou)成90度和17度的兩個方向拍攝。液滴直徑83μm,液滴重複頻率33kHz,Plas=2×1011Wcm2。在圖a中,聚焦(jiao)激光束從右向左傳播,在圖b中,與圖像(xiang)平麵成17°,液滴序列中心(xin)的白(bai)色輝(hui)光是目標等離子體的輝光,圖a中液滴軌跡(ji)左側(ce)的黑(hei)色形成和圖b中的黑色圓圈(quan)對應於具有以下形狀的變形目標液滴具有彎(wan)曲邊(bian)緣的薄圓盤。對於超過2.3毫秒的延(yan)遲,可以觀察(cha)到出現(xian)在這個圓盤(pan)上的破裂,並且它開始分裂成小碎片。很(hen)容(rong)易估計(ji),在這種情況下,圓(yuan)盤厚(hou)度不超過200-250nm,並且由於燒蝕而導致的目標物質的蒸發會降低該厚度。)

  • ▲ 柔性電子

    當(dang)今(jin)時代電子技術迅猛發展,傳統的剛性電子產品已(yi)無法滿足人們(men)對電子產品便利性、人機交互(hu)能力以及舒(shu)適(shi)性的使用要求(qiu),從而限(xian)製了該類產品在日常生活(huo)中的實際應用,而可延展柔(rou)性電子技術可以在保(bao)持(chi)產品係統完(wan)整(zheng)性的同時(shi)具備一定程度的拉伸、彎曲以及扭轉等形變能力,受到了國(guo)內外電子產業界的廣(guang)泛關注(zhu)。可延展柔性電子技術是指在具備一定拉伸、彎曲以及扭(niu)轉能力的聚合物(wu)薄膜(mo)基材上通過直寫(xie)、轉印等方式(shi)形成具有導電能力的互連電路圖形的新型電子技術,其產品因在保持係統功能完整性的同(tong)時具備一定程度的拉伸、彎曲以及扭轉等形變能力,可以應用在複雜(za)的三(san)維工作曲麵(mian)環境中,大大地提高了此類電子產品的應用便捷度以及應用範(fan)圍(wei)。目前,可延展柔性電子技術在光伏(fu)、顯示、傳感器等領域得到了快(kuai)速的發展,出現了可延展太陽(yang)能電池(chi)麵板、柔性有機電致(zhi)發光器件(OLED)、電子紙(zhi)(E-paper)、柔性智能標簽(qian)(Smart tag)、柔性電池等應用。柔性電子製造過程通常(chang)包括:材料製備、沉積、圖案(an)化、封裝, 可通過卷到卷(juan)(R2R)基板輸(shu)送進行集成。 噴墨打印技術經過不斷(duan)發展已經(jing)在工業生產中變得(de)越來越常見,打印機工作原理是以熱感或壓電的方式將噴頭腔體內的油墨以極細小的液滴噴射出來,在柔性襯(chen)底上形成設計的圖案。MicroFab公司(si)的Jetlab係列產品可以實現在任意(yi)3D對象上, 包括曲(qu)麵的柔性表麵打印任何(he)電路結(jie)構。

  • ▲ 印刷電子

    印刷電子(PE)技術顯示出實現低成本和柔性電子產品的巨(ju)大潛力,能夠對熱敏或壓敏材料進行圖案化。在PE市(shi)場(chang)的未來發展中,使用噴墨打印等低成本和卷對卷工藝生產高導電、高分辨率圖案的能力是製造印刷電子產品和顯示器的關鍵技術組成部分。在"將聚丙烯酸塗層的銀(yin)納米(mi)粒(li)子墨水噴墨打印到像素尺寸小於100微米的紙上"的研究中,相(xiang)關研究團隊(dui)展示了將聚丙烯(xi)酸(suan)(PAA)封端的銀納米粒子分散體噴墨打印(MicroFab Jetlab 4噴墨打印係統)到紙上,以實現高導電性電子互連。研究人員(yuan)表征了噴墨圖案特征(zheng)的最終打印質量、特(te)征幾(ji)何形狀(zhuang)和電氣性能,並展示了高分辨(bian)率打印、亞100微米特征尺(chi)寸、銀納米粒子材料在柔性紙基板上的應用。將這(zhe)些材料打印到相紙上,然後在暴露於相紙中的氯(lv)化物時進行化學(xue)觸(chu)發燒結。研究人員研究了基板(ban)溫度對從室溫到50°C的印刷銀材料性能的影響(xiang)。在室溫下,平均厚度為500nm、寬(kuan)度為85µm的單層印刷特征的電阻(zu)率為2.17×10-7Ω·m,是體銀 (RBS) 電阻率的13倍。當通過疊(die)印連續(xu)層(ceng)或通過減(jian)小印刷(shua)間距來實現時,電阻率最初隨著材料厚度的增加而降(jiang)低,並且(qie)在以75µm間距疊印兩次並且單遍印刷間距在60和80µm,線厚可達 920nm。隨(sui)著厚度的進一步增加,電阻率增加並在15µm的打印間距下達到RBS的27倍。在將基板適度加熱至50°C時,形成了更致密(mi)的銀納米顆粒薄(bao)膜,將單次打印的厚度降低至200nm,並實現了接近五倍RBS的較(jiao)低材料電阻率。(圖a-c顯示了來自50µm噴嘴的打印點陣(zhen)列、線和2D焊盤的示例(li)。從圖中的光學圖像可以看出,打印質量良(liang)好,點(直徑80µm)形狀和大小一致,並且沒有形成衛(wei)星(xing)液滴。通過選擇合適的打印間(jian)距,液滴可以形成具有理想特性且幾乎沒有不規(gui)則或凸(tu)起的連續線條(參見圖b,打印間距65µm)。)

  • ▲ 柔性可穿戴壓力傳感器

    柔性電子材料具有高靈(ling)敏(min)度、可彎折(zhe)等優點,具有可穿戴性,可應用於各(ge)類柔性傳感器,如壓力傳感器、觸覺(jue)傳感器、氣體分子傳感器等。在電子皮膚、醫(yi)療監(jian)測、智能機器人等方麵應用廣泛(fan)。上圖所示為基於銀納米線(AgNW)噴墨打印的柔性電阻式壓力傳感器,靈敏度達0.48 kPa-1。

  • ▲ 應變傳感器

    相關研究團隊報(bao)告了一種新(xin)的生物模擬(ni)彈性體花瓣(ban)(E-petal),它可以作為多功能基片,用於製作全向(xiang)可拉伸和可印刷的薄膜電子金屬導體,而不需要任(ren)何預拉伸或光刻工藝(yi)。E-petal是使用天然玫(mei)瑰花瓣作為模具通過高度可擴(kuo)展的一步軟(ruan)光刻複製製作的。E-petal的上表麵具有連續的三維微尺度隕石坑(keng)狀地(di)形,而不是用於可伸縮電子器件的傳統的平麵彈(dan)簧體襯底(di),其中的尖(jian)銳脊充當止(zhi)裂(lie)邊緣。也就(jiu)是說,當導電材料如金屬薄膜沉積在頂(ding)部時,尖銳的脊(ji)線可以有效地阻止在大應變下形成的導電層中微裂紋(wen)的擴展。因(yin)此,導電層的電阻在大應變變形中表現出顯著(zhu)的穩定性。 通過溶液處理方法在E-petal上輕鬆(song)製造可拉伸導體是可印刷電子應用的理想(xiang)選擇。作為概念(nian)驗(yan)證(zheng),研發團隊開發了一種應變傳感器,使用“E-petal”上打印的可拉伸金屬電極作為電子皮(pi)膚。如上圖所示,初次用噴墨打印技術在E-petal上打印出六(liu)對由Cu和Ag雙分子層(Ag on Cu on top)構成的具有互連和觸點的指間電極。用PMETAC對E-petal進行了改(gai)性。然後[PdCl4]2-根據(ju)圖案設計將含墨噴墨打印到E-petal上,然後對Cu和Ag進行連續ELD,形成Ag/Cu電極、互連線和觸點的雙層結構。電極寬度為650µm,間隙(xi)為350µm。隨後,將氧(yang)化石(shi)墨烯(GO)自旋(xuan)塗覆在Ag/Cu電極上,並還(hai)原形成還原氧化石墨烯(rGO)薄層。

  • ▲ 銀納米顆粒傳感器

    噴墨打印技術能夠在表麵上非(fei)接觸式沉積導電油(you)墨等功能材料,從而減少汙(wu)染和基材損壞的風險(xian)。在印刷電子產品中,噴墨技術提(ti)供了控製沉積材料體積的顯著優(you)勢,因此可以微調打印幾何形狀,這對於最終印刷電子產品的性能至關重要。功能性墨水(shui)的噴墨打印可用於生產傳感器,以檢(jian)測碳纖(xian)維增(zeng)強複合材料 (CFRC) 組件等機械結構的故障,而不是使用易發生分層的附加傳感器。在“在碳纖維增強(qiang)尼龍複合材料上集成製造新型噴墨印刷銀納米顆(ke)粒傳感器”的研究中,基於銀納米顆粒的應變傳感器通過使用噴墨打印(MicroFab Jetlab 4xl噴墨打印係統)直接嵌(qian)入絕緣碳纖維層壓板中,以實現優化的導電和粘合幾何形狀,形成壓阻應變傳感器。在噴墨打印優化過程之(zhi)後,評估(gu)了傳感器的電導率和粘附性能。最(zui)後,通過使用彎曲裝置對傳感器進行量化,該裝置施加了預定的應變,隨著電阻隨著應變的增加而增加,響應表明準(zhun)確的靈敏度。將傳感器直接嵌入(ru)CFRC的能力可防(fang)止使用界麵粘合劑,這是由於分層而導致故(gu)障(zhang)的主要來源。(2021)

  • ▲ 可拉伸加熱器銀納米線打印

    噴墨打印是一種用於大規模打印柔性和可拉伸電子產品的有前途(tu)的技術。然而,銀納米線 (AgNWs) 的噴墨印刷仍然存在許多挑戰。在“用於可拉伸加熱器的銀納米線的噴墨打印”的研究中,展示了在柔性基板上噴墨打印高濃度AgNW墨水,然後將液態聚二甲基矽氧烷(wan)(PDMS)旋塗在打印的AgNW圖案上以形成可拉伸導體。相關研究團隊分析(xi)了在各種拉伸/釋(shi)放循環期間可拉伸AgNW導體的表麵微觀(guan)結構和電性能之間的關係。作為形態變化的結果,可以觀察到電阻變化的三個連續階段,包括調節、平衡和上升階段。該研究團隊還證明了噴墨打印(MicroFab Jetlab 4噴墨打印係統)的可拉伸AgNW導體可用作可拉伸加熱器。(2018)

  • ▲ 傳感器電極打印

    噴墨打印全聚合物彎曲板波(bo)傳感器。使用孔(kong)徑為40μm的MicroFab噴頭在18μm厚的PVDF薄膜上打印墨水。打印的傳感器和電極布局(ju)如圖所示。使用該噴頭、墨水和基板可實現的線寬約為100μm,從而產生400μm的聲(sheng)波波長。在這項工作中使用了聲波波長為800μm的傳感器。

  • ▲ RFID電子標簽

    RFID標簽天線是按照射頻識別所(suo)要求的功能而設計的電子線路,其性能對RFID係統的性能有著重要影(ying)響。目前,RFID標簽天線的製備方法主要有蝕(shi)刻法、電鍍(du)法及導電油墨印刷法等。其中,蝕刻法存(cun)在成本高、 生產流程複雜、生產過程慢、精度較低及環境(jing)汙染(ran)等問題;電鍍法的小量生產成本昂貴,但大批量生產所需(xu)的設備投資又較高。導電油墨印刷法按(an)照印製設備原理可分為絲網印製、凹版印製、柔性版印製和噴墨印製。其中,絲(si)網印刷工藝精度可達10μm,具有較高的天(tian)線製備精度,但采用的油墨一般為高黏(nian)度油墨,墨層厚度較大,不適用於超高頻、微波段(duan)墨層較薄的天線印製。凹(ao)版印製工藝可以獲(huo)得較好的圖形分辨率,印製油墨的層厚適中,但印製過程中印製壓力大,可能使天線發生扭曲變形而影響天線的性能。柔性版印製基底材料適用廣泛,但印製過程中的印製壓力會使印版變形,造成製備的天線邊緣均一性差(cha),降低天線成品率。噴墨印製法是一種非接觸式的數字化無版印製工藝,其製備過程中噴頭與基底不接觸,避(bi)免了微噴頭的損壞(huai)和導電油墨被汙染,對基底表麵不產生壓力,提高了製備穩定性和精度;可以使用較低黏度的墨水;無需製版,簡(jian)化了印製過程;對天線圖形可以在線修(xiu)改,提高了天線製備的靈活性。

  • ▲ 柔性光電探測器

    可彎曲、纏繞和拉伸的柔性光電器件吸(xi)引了可穿戴(dai)和移動應用的興(xing)趣(qu)。在“用於柔性光電的 360° 全(quan)向、可打印和透明光電探測器”的研究中,相關研究團隊展示了一種透明的360°全(quan)向光電探測器 (PD),它(ta)可以拉伸並纏繞(rao)在柔性或彎曲的基板上。通過噴墨打印(MicroFab Jetlab 4係統)將交錯(cuo)的ZnO和Ag納米線 (NWs) 嵌入熱塑性聚氨(an)酯中,該器件在可見光區(qu)域具有>75%的透射率,顯示出高光響應性和響應時間(分別為10-30A/W和0.8s)。此外,柔性PD在變形下表現良好(在60%應變下光電流僅衰減9%,當器件以5mm半(ban)徑彎曲時損失8%),這使得它可以很容易地應用於曲麵,例如作為皮膚或光纖。這項(xiang)研究為開發可應用於光纖、可穿戴電子設備、自供電係統、生物信號監視器和表皮電子設備的柔性光電技術打開了大門(men)。(上圖a是植入柔性TPU基板的NW PD結構陣列示意圖。b是NW PD器件的製造過程。c是器件幾何形狀的SEM圖像。黃色區域(假(jia)色)代表Ag電極,藍色區域代表用於光電檢測的ZnO活性材料。d是(c)的擴展圖,顯示電極和活性材料均由NW網絡組成。e是透明PD的照片)

  • ▲ 傳感器

    傳感器是能將感受(shou)到的信號(hao)轉換成電信號或其他能輸出信號的一種檢測裝置。目前常見的傳感器有濕(shi)度傳感器、氣敏傳感器、光傳感器、生物傳感器等。如今,傳感器產業正處於由傳統型(xing)向新型傳感器發展的關鍵階段。新型傳感器向微型化、多功能化、數字(zi)化、智能化、係統化和網絡化等方向發展的同時,對傳感器的製備方法提出了更高的要求。噴墨打印技術是一種非接觸式的數字成型技術,屬於一種材料節約型沉積技術,用於打印的油墨可以是溶解或分散在溶(rong)劑中的液相材料。其工作原理是墨水腔受到突(tu)然的壓電作用,導致腔(qiang)室的體積減少,墨水從腔內噴出,之後墨水在重力與空氣阻力的作用下噴射壓降到撞(zhuang)擊的基材上,在獲得的動量作用下擴散,隨著表麵張力輔(fu)助流沿(yan)著表麵流動,墨滴通過溶劑(ji)蒸發法幹(gan)燥後形成要打印的圖像。 化學傳感器材料可通過噴墨印刷到MEMS器件上,用於臨床診斷、製造過程控製、環境監測等。利用MicroFab公(gong)司的按需式噴墨技術,可以在50μm或更大的傳感器結構上直接沉積。目前已成功製備100μm傳感器元件的化學反(fan)應傳感器陣列,用於快速篩選功能聚合物。一個靜(jing)電(電容)傳感器,由於傳感器結構太(tai)小,不能將功能聚合物直接沉積到亞(ya)微米傳感元件上。因此,使用Micro Fab公(gong)司的按需式噴墨技術,可以將2x4μm或更小的結構噴墨沉積,通過微溝(gou)槽將聚合物導向傳感結構。(上圖為100μm化學電阻傳感器元(yuan)件,用於快速篩選功能聚合物,由Lee Weiss,Carnegie Mellon提供)

  • ▲ 化學電阻傳感器

    化學傳感器已經成為MEMS器件研究和開發中的一個相當熱門領域,這是由於需要大量用於爆(bao)炸物、化學藥品、藥物濫(lan)用、工業氣體、住宅氣體和許多其他氣體的低成本傳感器。這些(xie)傳感器中的大多數使用電或光活性材料,或者(zhe)更簡單地說,具有使敏感的分子暫時粘附(fu)到其表麵。其中,大多數這些傳感材料都是敏感材料,即(ji)不能用光刻技術處理。此外,因為它們是敏感的,它們通常被應用於製造工藝的最後部分;通常,這是在非常脆(cui)弱的非平麵上進行製造。這些因素使得MEMS化學傳感器製造成為一個廣泛探(tan)索使用噴墨打印技術的領域。 化學電阻材料,即當暴露於特定氛(fen)圍環境時可改變電阻的材料,是MEMS傳感器器件中廣泛使用的傳感材料。納米材料和MEMS結構的新發展節(jie)省了正在開發的時間。如圖所示為用於檢測呼(hu)吸機中揮(hui)發性有機化合物,左上圖為傳感器的基本結構是一對螺(luo)旋電極,位於直徑為350μm的SU-8凹結構,直徑為250μm。右下圖,通常可包含(han)多種傳感材料的多個(ge)傳感和參考元件被集成在一個2.65毫米的芯片上,該芯片還包含所有所需的控製電子器件。該芯片被組裝到常用於光學器件的TO-5封裝中(左下圖)。 化學傳感材料硫代金納米粒子懸(xuan)浮液中,並沉積在傳感區域。但在左上圖中看不到,使用噴墨設備將15滴標稱30pL的體積沉積到傳感器上。右上圖顯示了沉積225個標稱30pL液滴後的傳感區域,產生1.5μm的平均薄膜厚度。值(zhi)得注意的是在傳感區域使用了兩個潤(run)濕“擋塊”。SU-8凹井(jing)包含分配(pei)的初始流體體積,防止潤濕到模塊(kuai)的其他(ta)區域。此外,在幹燥過程中,流體從凹井的外部(bu)結露(lu),使得所有的顆粒都沉積在電極區域上。這種自定中心行為可導致阻抗(kang)變化小於10%。 傳感器材料的打印不僅(jin)發生在單個的管芯上,而且還發生在封裝工藝中。這有效地將傳感材料沉積方法限製為噴墨打印方法,並且在產品中印刷固(gu)定在夾具中的多個傳感器的要求將需要數據驅動方法,除非夾(jia)具是高精度的。如果使用接觸分配方法,通過量將受到分配器為每(mei)個分配器進行垂(chui)直移動的要求的限製。諧振(zhen)微機電係統結構檢測諧(xie)振頻率的變化,該變化與敏感的分子的吸附引起(qi)的諧振結構的質(zhi)量變化相關聯(lian)。利用可以在微機電係統器件的集成電路中實現的眾(zhong)所周(zhou)知的集成電路,可以準確地實現對諧振變化的檢測。微機電係統製造技術可以產生極低質量,高品質的共振結構,允(yun)許檢測非常低濃度的目標分子。

  • ▲ 化學電阻傳感器

    在“用於室溫 VOC 傳感的噴墨打印複合材料:從墨水配方到傳感器表征”的研究中,作者報告(gao)了化學電阻傳感器的製造和表征,該傳感器由熱塑性彈性體(TPE)、苯(ben)乙烯-乙烯-冉-丁烯-苯(ben)乙烯和高結構炭黑(CB)組成,用於在室溫或接近室溫下檢測碳氫化合物(RT)。這些傳感器是通過按需噴墨打印 (IJP)(MicroFab噴墨打印係統)製造的,其中配製了可噴射墨水,並根據不同墨水成分(即聚合物濃(nong)度、溶劑混合物和CB分散體)係統地研究了它們的可印刷性。打印的傳感器的特征在於暴露於各種分析物,顯示出對非極性化合物(戊(wu)烷、庚(geng)烷)的高靈敏度,對極性非質子分析物(丙(bing)酮)的中等靈敏度,對極性質子分析物(乙(yi)醇(chun))的低靈敏度,並且對濕度幾乎不敏感。在28°C下運行時,由於分析物快速擴散(san)到TPE中,傳感器具有快速響應和恢複(幾秒鍾)。此(ci)外,結果表明,通過增加打印的薄膜中的液滴間距,傳感器響應和恢複進一步(bu)提高,而不會影響靈敏度。這種性能證明了基於TPE的納米複合材料在RT檢測揮發性有機化合物方麵的巨大潛力,以及IJP作為一種合適的製造方法,可在需要低成本和低功耗(hao)傳感器的應用中將傳感材料與電子設備集成在一起。(上圖為:a) 打印在氧化鋁(lv)基板上的液滴顯微鏡圖像,打印的複合材料含有8vol%CB。它被打印為1x10液滴陣列(lie),重複五次。 b) 傳感器平台的示意圖,由氧化鋁基板組成,正(zheng)麵有絲網(wang)印刷的Au IDE,背麵有Pt加熱器;傳感材料被噴墨打印到Au IDE上。 c) 使用立(li)體顯微鏡拍(pai)攝(she)的傳感器平台上噴墨打印的感覺薄膜的圖像。以50μm的液滴間距和100 毫秒的等待時間打印感覺薄膜。 d) 感覺薄膜的放大圖像顯示了IDE之間的有效感應區域的完全覆(fu)蓋(gai)。 e) 含有8vol%CB的感覺膜的SEM圖像,顯示了CB顆粒在SEBS基質中的均勻和密集分布。 f) 含有3vol%CB的感覺膜的SEM圖像,顯示了SEBS基質中CB顆粒的稀(xi)疏分布。)

  • ▲ PEDOT:PSS導電線

    上圖照(zhao)片是具有噴墨打印布線的VS-COFET逆(ni)變器(虛線區域)。上圖右(you)上方是噴墨打印線的I-V曲線和薄層電阻。上圖右下方是外部連接逆(ni)變器和噴墨路由逆(ni)變器之間的比較。噴墨打印線電阻的影響可以忽(hu)略不計。 打印的線的製備方式是在MicroFab的高分辨率噴墨打印係統Jetlab Ⅱ上將配製的墨水以液滴的方式落在底板上,最終在底板上沉積形成導電線。所使用的是由MicroFab提供的40μm噴頭。最終(zhong)打印的PEDOT:PSS線的寬度約為370μm,長度約為2.7mm。

  • ▲ 粘合劑

    上圖是用同一設備印刷的各種尺寸(小直徑80μm)的膠點,可調整局部材料密度。在醫療設備、曲麵屏(ping)幕、MEMS組件等器件的製備方麵,均需要合理有效地分配非接觸式粘合劑,以防止損(sun)壞或汙染設備。這是因為,精密儀器製備中,微型光學元件附著在非常小的其他元件上,如何使在雙方達到緊(jin)密連接是關鍵。常用於粘接的材料可以是熱塑(su)性/熱固性/熱熔(rong)氰(qing)基丙烯酸酯、環氧UV固化矽酮丙烯酸酯聚氨酯,且均可使用噴墨技術進行微點膠打印。許多商用膠粘劑產品適用於噴墨沉積,而另一些則需要進行調整。考慮在分配器孔口達到的剪切速率,50cPs被認為是流體粘度的實際極限,因此,具有較高粘度的商用粘合劑可以通過加熱或稀釋的方式引入噴墨式分配器的操作範圍。 噴墨微點膠的優點在於準確控製位置、單點膠量、物料在麵積上的分布和線寬。MicroFab使用噴墨打印方法可製造各種組件和設備,使用的材料包括光學粘合劑,紫外光固化聚合物,指數調整熱塑性配方和其他特殊粘接材料。MicroFab高溫打印頭用於在220℃的溫度下分配粘合劑材料,通過改變工藝參(can)數、點陣、細線和區域,打印範圍從10μm到幾毫米,精度水平隻有幾微米。 使用MicroFab的高溫打印頭,粘度在100- 200cps範圍內的粘合劑可以加熱到100℃左右,將其粘度降低到一個可接受的範圍,或使用相容溶劑稀釋降低粘度,可在塗膠後溶劑蒸發,隻留下粘合劑。 此外,還可以通過在商用粘合劑材料中填充金屬顆粒、碳納米管或陶瓷顆粒,改進其導熱性或導電性。

  • ▲ 半導體芯片封裝

    MicroFab為電子製造行業開發出了先進焊料沉積設備,其SolderJet焊料噴射技術是基於壓電按需模式來噴墨打印,能夠產生直徑為25-125μm,每秒2000次的熔化焊(han)料滴。基於焊料噴射的沉積是低成本的(不需要工具)、非接觸的、靈活的和數據驅(qu)動的(不需要光刻刻蝕或掩模,因為打印信息(xi)直接由CAD設計,並以數字方式存儲),並且是環境友(you)好(hao)的(這是一個沒有副產物的增材製造過程)。目前倒裝芯片工藝中使用的焊料凸點(solder bump)通常在100微米左(zuo)右,隨集成電路的小尺寸,高密度的發展,對於倒裝技術的焊料凸點尺寸會越來越(yue)小。MicroFab研發團隊在矽片上進行了大量實驗,以評估噴墨打印技術對小尺寸(cun)凸點的適用性。MicroFab團隊還開發出了新的無鉛(qian)噴墨打印技術,用於製造高密度IC封裝。皮升級(ji)的焊料(直徑小於25μm)可在240℃的高溫下進行打印。設備利用數字化驅動擁(yong)有更高的集成度,更低的成本和更高的靈活性。MicroFab團隊還將SolderJet技術應用在3D封裝上,並提出了一套(tao)完整的解決方案,芯片與芯片之間完全用SolderJet技術來鍵合。SolderJet技術潛在的應用包括:集成電路封裝,芯片級封裝,光電互聯和印刷電路板製備。焊料可以每秒超過2000個bumps打印在基板上,相關的垂直通孔也可以進行打印。

  • ▲ 倒裝芯片封裝(BGA封裝)

    目前在倒裝芯片工藝中使用的焊料凸點通常在100-125μm範圍內,盡(jin)管一些公司目前正在評(ping)估75μm的凸點。由於在集成電路器件中實現了更高的電路密度和/或更多的I/O計數,因此可能需要更小的凸塊用於倒裝芯片工藝。MicroFab進行了初步實驗以評估Solder Jet技術對較小凸塊尺寸的適用性。上圖顯示了以50μm間距沉積在金屬化板上的35μm 63/37焊料凸點陣列。

  • ▲ 金屬3D微結構打印

    SolderJet技術(焊錫噴射技術)的目標是用於電子組裝過程,其中焊料被用作將電子組件組裝到基板的附件和/或結構材料。SolderJet技術基於壓電需求模式噴墨打印技術,能夠(gou)以每秒400的速度放置直徑為25-125μm的熔融(rong)焊錫滴。通常使用220ºC的工作溫度,並且已經證明了300ºC的溫度。該溫度範圍已被用於印刷傳統的SnPb和無鉛焊料,例如SnCu,In和Sn。噴錫是一種環境友好的過程,不需要電鍍化學藥品,僅在準確的位置打印所需數量的焊料。 SolderJet沉積是數據驅動的,因此不需要諸(zhu)如照相工具或絲網之類的硬工具。SolderJet沉積的一種應用是晶圓隆起。上圖右上角(jiao)顯示了一個邊界陣列,其中心點在150μm處有60µm的球,而區域陣列在250μm中心點處有100μm的球。 SolderJet沉積是非接觸式的,可以在3D空間中以任何角度定向,以適應獨(du)特的應用。打印頭旋轉45º可以將這些焊點沉積到導體和VCSEL陣列之間的直角界麵上。可以在單個位置進行多次沉積來創(chuang)建3D焊料結構,包括CSP概(gai)念原型中所示的150μm中心的240μm高的塔(ta)。已經使用噴墨在塔之間分配了聚合物,以在回(hui)流期間保持幾何形狀。 SolderJet打印頭可以安(an)裝在MicroFab的Jetlab打印平台,可作為用於集成到用戶的平台的子係統。

  • ▲ MEMS封裝

    微機電係統(Micro Electro-Mechanical System,簡稱(cheng)MEMS),是微電子技術與機械加工技術結合的典(dian)範,涉(she)及微電子、流體力學、材料力學、聲學等多種科學工程技術。MEMS具有以下幾個特征:(1)尺寸在毫米到微米範圍之間,區別於傳統機械,但並沒有進入到物理上的微觀層次;(2)基於矽微加工技術製造;與微電子芯片相同,可以大批(pi)量、低成本生產,使性能價格(ge)比(bi)較傳統的宏(hong)觀機械(xie)製造技術有大幅(fu)度的提高;(3)MEMS中的機械不限於狹義(yi)的機械力學中的機械,它代表一切(qie)具有能量轉換、傳輸等功能的效應,包括力、熱、聲、光、磁、化學和生物等;(4)MEMS的目標是微機械與IC集成在一起的微係統,即具有一定自適應處理能力的智(zhi)能化微機電係統。由於單個封裝需要集成多種功能,MEMS封裝需要光學和電子I/O,並且需要非平麵結構的製造,通過光刻工藝難以實現。 一般(ban)來說,壓電係統難以在150℃以上的溫度下工作。Micro Fab公司研發的Jetlab II平台可用於噴墨點膠應用,研發的壓電噴墨設備可在高溫下操作,使用按需模式噴墨技術分配高粘度聚合物、焊料和其他材料。目前,該設備可成功用於嵌入式電阻的噴墨打印,印刷電阻的尺寸從125μm到幾毫米。此外,還可用於電容器和電感器的打印,電容器打印時,由於下電極、電介質和上電極層依次鋪(pu)設,可以通過重複鋪設形成多層電容器,改變電介質的麵積和厚度改變電容量值的範圍。電感器打印時,主要是打印中心電極、鐵氧體層和導體線圈,可通過改變印刷線圈的匝(za)數來改變電感值。目前,通過噴印已成功製備出鐵(tie)氧體納米顆粒層上的250μm 銀納米顆粒線。

  • ▲ MEMS封裝

    噴墨打印技術可與其他技術一起用於生物MEMS器件的封裝和製造,例如:微透鏡、微透鏡光纖頭或電子板(用於微光學互連的焊料沉積)。用於MEMS光學器件的封裝如上圖所示(上圖為MEMS光學器件封裝示意圖,圖a 用於光電芯片被動對準的MEMS夾持具;圖b 使用圖a 中的夾持器將透鏡VCSEL陣列對準光電芯片;圖c 打印的微透鏡陣列示意圖;圖d 包含多個夾具的加工晶圓)。例如,采用MEMS的方法製備被動對準的夾持器,比製造中采用主動對準具有更低的人工成本。固定的VCSEL陣列也如上圖所示。不同的夾持器可以在同一晶圓上加工,形成一個光學工作平台。

  • ▲ 固體聚合物高溫打印

    高溫焊料噴墨打印係統-固體聚合物高溫打印測試,上圖直徑約為116μm。目前在睿(rui)度實驗室驗證的小圓柱直徑為60μm。固態聚合物高溫打印的光滑(hua)程度與選用的溫度有關。

  • ▲ 金屬3D微結構打印

    隨著3D打印和微納科技的發展,近年來國內外研究人員已經開發了多種3D微結構打印工藝、打印材料及裝備,並應用於多個領域。如航空航天、汽車(che)、醫療、模具、建築等行業。

  • ▲ 金屬3D微結構打印

    功能材料的噴墨打印是實現低成本、大麵積電子產品的關鍵(jian)技術。相關研究團隊在用於低溫3D微金屬結構製造的金屬納米顆粒直接噴墨打印的研究中,通過金屬納米粒子(NP)的直接噴墨打印(MicroFab按需噴墨打印係統)展示了低溫3D微金屬結構製造,作為一種通用的直接3D金屬結構化方法,代表了傳統真空沉積和光刻方法的替代方法。金屬NP墨水被噴墨打印,以利用納米材料的大熔化溫度下降和NP墨水配方的簡易性。對NP墨水穩定3D噴墨打印的基本條(tiao)件進行了參數研究。此外,還展示了各種3D金屬微結構,包括微金屬柱(zhu)陣列、螺旋、鋸(ju)齒形和微橋,並進行了電氣表征。由於該過程需要低溫,因此它具有在塑料基板上製造電子產品的巨大潛(qian)力。(上左圖顯示了一個側麵的傳輸圖像的NP 3D噴墨打印過程。上右圖為通過改性NP噴墨打印製備金屬NPs的各種三維微觀結構:(a)微柱陣列,(c)微螺旋,(d)微鋸齒,(b)微柱的SEM照片。插圖條為100μm。)

  • ▲ 納米銀噴墨打印

    納米銀墨水,使用Jetlab II打印。MicroFab的Jetlab係列噴墨打印係統具有即時打印曲線和同步打印頭垂直運動的能力。此功能允許將諸如導電螺旋之類的結構用作天線或無扭結的導電跡線,以有效地打印電路並具有恒(heng)定的線寬,這是傳統光柵(shan)掃(sao)描(miao)無法保持的。無縫同步的垂直打印頭運動可以在結構化表麵上打印。

  • ▲ 柔性印刷電子

    美國明尼蘇(su)達大學C. Daniel Frisbie教授(shou)團隊通過使用MicroFab噴墨打印技術將銀納米粒子墨水沉積到毛細管通道(dao)末(mo)端的儲液點(直徑750μm,深度10.5μm)中,利用毛細作用自發的流動填充到毛細管通道中,為化學鍍銅(tong)反應提供均勻(yun)的銀籽(zi)晶層。噴墨技術優化後SCALE(用於電子產品的自對準毛細管輔助(zhu)光刻)工藝可以製造嵌入柔性塑料基底中的高分辨率、高縱橫比、低電阻金屬導線。(2020)

  • ▲ 金屬互連(導電薄膜無燒結印刷)

    噴墨打印為電子係統中金屬互連的沉積提供了一種有吸引力的方法,並實現了低成本、環保的製造途徑。然而,幾乎(hu)所有當前的金屬噴墨工藝都需要沉積後燒結處理以實現最佳導電性,因為生長機製涉及離散納米顆粒的聚結。通過直接打印銀來減少步驟(zhou)數量的製造工藝,無需燒結打印的金屬,將是非常有利的。利物浦(pu)大學相關研究團隊在“用於導電薄膜無燒結印刷的銀油墨配方”的研究中,描述了一種可直接打印(MicroFab Jetlab 4噴墨打印係統)結晶銀的無燒結工藝。該工藝利用為原子層沉積(ALD)開發的化學物質,形成研究人員稱之為新墨水配方的基礎;活性有機金屬油墨(ROM)。這些ROM油墨配方能夠沉積低溫、高導電性金屬薄膜,無需後續燒結處理。為了降低直接形成金屬銀的溫度,研究人員添(tian)加了一種醇作為催化還原劑來離解有機金屬成分。使用他們的新型ROM油墨在120°C的玻璃基板上打印的銀膜具有導電性,典型電阻率低至塊狀銀的39.2%,無需燒結。(上圖:(a)基於[(hfac)(1,5-COD)Ag]的油墨配方的動態粘度隨溫度的變化。(b)打印遍數對電阻率的影響。(c)使用0.5M:0.5M油墨配方,以10mm/s的速度打印Ag軌(gui)跡,步長為0.05mm和0.10mm)(2016)

  • ▲ 石墨烯射頻天線

    石墨烯二維材料因其優異(yi)的導電性、高柔韌性和輕質等顯著性能,在可穿戴電子領域顯示出廣闊的前景。各種技術已被用於製造石墨烯基電子產品,,如光刻、模板輔助合成和化學氣相沉積等。然而,這些方法圖形化通常涉及複雜的程序、有毒(du)的溶劑和額外的機械設備,對於大規模的工業生產具有極大的挑戰。常州大學醫學院(yuan)通過MicroFab的Jetlab 4xl-A在柔性基底上成功製作了石墨烯導電圖案,而不需要任何後處理,製備具有顯著機械耐久性的導電石墨烯線組成的電子電路和WIFI天線的小線寬為100μm,導電率可達2.69×104Sm-1,DNS延遲(chi)為243ms,網絡速度達到4.64Mbps,與目前的商用移(yi)動電話天線相當,顯示出噴墨打印技術在石墨烯基可穿戴電子產品工業化中巨大的應用潛能。(2021)

  • ▲ 可彎曲共麵波導天線

    天津(jin)大學相關研究團隊在“工作電極具有複合納米結構表麵的柔性電化學葡(pu)萄(tao)糖傳感器”的研究中結合分形天線和蛇(she)形天線的優點,提出了一種30×30×0.05mm3的小尺寸可彎曲共麵波導天線,實現了超寬帶特性,同時避免了傳統微帶天線介電層厚度大(大於1mm)和體積大的問(wen)題。利用Ansys高頻結構模擬器對天線結構進行了仿真優化,並采用噴墨打印技術(MicroFab Jetlab II噴墨打印係統)將天線(納米銀材料)打印在柔性聚酰亞胺基板上。實驗表征結果表明,該天線的中心頻率為2.5GHz,回波損耗為-32dB,絕(jue)對帶(dai)寬為850MHz,與仿真結果一致。結果表明,該天線具有抗幹擾(rao)能力,能夠滿足超寬帶特性。當橫向彎曲半徑和縱向彎曲半徑均大於30mm,蒙(meng)皮接近度均大於1mm時,諧振頻率偏移量大多在360MHz以內,與不彎曲條件相比,可彎曲天線的回波損耗在-14dB以內。結果表明,所提出的噴墨打印柔性天線具有可彎曲性和可穿戴應用前景。(2023)

  • ▲ 粗糙斜麵打印

    非平麵打印。

  • ▲ 用於磁致伸縮SHM的多層噴墨打印線圈

    結構健康(kang)監測(SHM)代表了下一代碳纖維增強複合材料無損檢測。磁(ci)致伸縮SHM應用麵臨(lin)的一個挑戰是執(zhi)行器和傳感器的輕(qing)量化和易於安裝。噴墨打印(IJP)技術非常適合生產可與磁(ci)致伸縮致動器配對以檢測應變的小型電子感應傳感器。這些傳感器有幾個優點:它們的厚度可以小化,表麵積可以大化以提高靈敏度,並且可以製造複雜的多股線圈配置。在“用於磁(ci)致伸縮結構健康(kang)監測的平麵噴墨印刷銅感應線圈:與散裝空氣線圈和各向異性磁阻傳感器 (AMR) 傳感器的比較”的研究中,謝(xie)菲(fei)爾(er)德(de)大學相關研究團隊對具有不同參數(線圈數量、單線/雙線、尺寸)的IJP感應線圈的功效進行了參數研究,該線圈在許多執行器功能化複合試樣(FeSiB帶和浸漬環氧樹(shu)脂(zhi)傳感器)上進行了測試。樣(yang)品的特征是通過感應應變測量它們的電感響應。10匝單線IJP傳感器的靈敏度和準確度提高了 1) 70匝手繞線圈、2) 三軸AMR傳感器和 3) 其他小於10匝的IJP執行器。這歸因於複合材料表麵的接觸麵積增加以及應變檢測的小的靈敏度(即匝數和表麵積)的要求。(上圖為2個樣本。 左起:直徑22mm(小)的10匝單股(gu)線圈,直徑33mm(中)的10匝單股(gu)線圈,直徑14mm(小)的5匝單股(gu)線圈,外徑5匝的單股線圈20mm(中)。)(使用了配有兩個噴頭的MicroFab Jetlab 4係列的噴墨打印係統,均配備60μm 噴嘴孔。第(di)一個噴頭用於沉積基於功能性銅納米顆粒的墨水,另一個噴頭用於沉積UV固化絕緣體墨水。)(2021)

  • ▲ 納米顆粒和溶液相銅噴墨打印

    上圖顯示了使用噴墨技術和兩種後處理方法打印兩種不同銅油墨的結果。打印和後處理都是在惰性環境(手套箱(xiang))中進行的。 噴墨打印的銅層:左上角,打印的納米銅顆粒墨水;右上角,激光退(tui)火(huo);左下角,打印的溶液相銅;右下角,熱轉換。

  • ▲ 銅噴墨打印

    在PE材料上噴墨打印的銅線圖案。(MJ-AT- 01, MicroFab)

  • ▲ 有機薄膜晶體管打印

    在PET基材上噴墨打印的TIPS並五苯/ APC TFT陣列。

  • ▲ 碳納米管/納米晶體光傳感器打印

    噴墨打印混(hun)合碳納米管/納米晶體光傳感器。在PET柔性透明基板上製造MWCNT-NP(多壁碳納米管)的噴墨打印傳感器。MWCNT通道打印在打印的銀電極之間。

  • ▲ 碳納米管薄膜晶體管

    在“壓印塑料基板上的全印刷、自對準碳納米管薄膜晶體管”的研究中,明尼蘇達大學相關研究團隊提出了一種使用單壁碳納米管 (SWCNT) 網絡(luo)作為通道材料在塑料上打印薄膜晶體管 (TFT) 的自對準工藝。 SCALE(電子自對準毛細管輔助光刻)工藝將壓印光刻與噴墨打印(MicroFab MJ-AT-01,直徑80μm)相結合。 具體來說,墨水被噴射到壓印的儲存器中,然後由於毛細作用,它們會流入狹(xia)窄的設備腔中。 研究人員在SCALE工藝中結合了複合高k柵極電介質和對齊的導電聚合物柵極電極,以實現比先(xian)前設計更小的麵積足跡,從而產生平均p型載(zai)流子遷移率為 4 cm2/V 的低壓 SWCNT TFT ·s和104的開/關電流比。研究團隊的工作證明了SCALE工藝在塑料基板上製造具有良好I-V特性的基於SWCNT的TFT的巨大潛力。(2018)

  • ▲ 碳納米管

    在“使用噴墨打印催化劑的圖案化垂直排列碳納米管的高產率生長”的研究中,報告了通過使用噴墨印打印沉積納米顆粒懸浮(fu)液,在生長基板上的特定位置製造垂直排列的碳納米管。碳納米管作為垂直排列的森林以高產率生長到大約400μm的長度。與傳統的圖案化技術(例如電子束光刻或光刻)相比,用於催化劑製造的噴墨打印顯著提高了垂直排列的圖案化納米管林的生產率。(2013)(結果表明,噴墨印刷中碳納米管森林(lin)的生長與化學氣相沉積 (CVD) 製造的碳納米管森林相似,但所需的處理時間更短(duan)。)

  • ▲ TTF-TCNQ納米網

    有機半導體和電介(jie)質之間的界麵在決定有機場效應晶體管 (OFET) 的器件性能方麵起著重要作用。 在“噴墨打印的TTF-TCNQ納米網作為高遷移率有機場效應晶體管的有效改性層”的研究中,研究了均勻噴墨打印(MicroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印係統 Jetlab Ⅱ)的四硫(liu)富(fu)瓦烯-四(si)氰基醌二甲(jia)烷(TTF-TCNQ)納米網作為OFET中半導體層和電介質之間的緩(huan)衝層。與正十(shi)八(ba)烷基三乙氧基矽烷(OTS)改性層相比,研究團隊觀察到“有效”場效應遷移率增加了數十倍,同時保持了基於TTF-TCNQ的器件的高開/關比。 這項工作表明,憑借低成本、高性能和可打印性的優勢,TTF-TCNQ納米網可以作為OFET的優良緩衝層。(2013)

  • ▲ 場效應晶體管器件陣列(OFET)

    中國科學院化學研究所有機固體院重點實驗室、天津大學理學院的科研人員合作,采用一步法合成了一種分子量介於1-10 kDa之間的新型共軛材料體係,稱之為“介觀聚合物(Mesopolymer)”。實驗證實介觀聚合物的電子傳輸能力遠(yuan)超傳統聚合物(性能提升(sheng)比可達124倍),顯示出明顯的n-型與雙極性性能。(上圖為Meso-DPPBTz介觀聚合物的合成及采用MicroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印係統 Jetlab Ⅱ噴墨打印場效應晶體管器件陣列)(2019)

  • ▲ 全印刷軟致動器

    融合豐(feng)富的皮膚觸覺反饋(kui)增強現實主義和用戶沉浸(jin)在虛(xu)擬和增強現實環境。一個主要的挑戰(zhan)是在不影響用戶靈巧性的情況下,在指(zhi)尖上提供準確定位的皮膚(fu)刺激。這種厚度低於200μm,完全打印,可拉伸的液壓放大Taxels (HAXELs)可以實現靜態壓痕(hen)和振動觸覺刺(ci)激,定位在直徑2.5mm的區域。這些HAXELs直接粘在使用者的皮膚上,柔軟到足以適應任何身(shen)體部位,並且可以在沒有串(chuan)擾的情況下以密集的陣列製造。所用到的功能材料(彈性體、可拉伸導體和犧牲層)都是洛(luo)桑聯合理工學院軟傳感器實驗室相關研究團隊通過噴墨打印(MicroFab Jetlab 4xl噴墨打印係統)來沉積的,這使得多材料、聚合物基結構能夠快速成型。致動器由充滿(man)油的可拉伸袋(dai)組成,它的形狀受靜電拉鏈控製。5mm寬的致動器重達250mg,產生的皮膚刺激遠遠高於報告的感知閾(yu)值,從DC到1kHz。即使是拉伸超過50%,它們也能很好地運作,在安置上有很大的自由度。在誌(zhi)願者的手(shou)指上測試了2×2陣列:在86%的時間內正確識別了驅動象限。打印的致動器可以根據每個用戶(hu)的獨特形狀定製密集有效的皮膚觸覺。(2023)

  • ▲ 結合噴墨印刷層的拉鏈靜電致動器的製造

    瑞士(shi)洛桑聯邦理工學院的Giulio Grasso和Herbert Shea以及新西(xi)蘭(lan)奧(ao)克蘭大學的Samuel Rosset在“結合噴墨印刷層的拉鏈靜電致動器的製造”的研究中,利用MicroFab的Jetlab 4噴墨打印係統,沉積聚二甲基矽氧烷(PDMS)作為可拉伸材料(沉積材料的厚度為100µm,液滴和線之間的間距為100µm),乙基纖維素(su)作為流體特征圖案化的犧(xi)牲(sheng)材料,通過將金濺(jian)射、激光切割的聚酯(zhi)薄膜封裝在噴墨打印層之間來集成致動器的柔性部分。在溶解犧牲材料之後,可以將介電流體注入製造的致動器中,可用於製備具有任意形狀的高度集成的致動器。(2021)

  • ▲ 軟靜電機器打印

    洛桑聯邦理工學院相關課(ke)題組已經開發出一種通過使用按需噴墨 (DOD) 噴墨打印來製造軟DEA和拉鏈致動器的方法。他們使用Jetlab 4 (MicroFab) 打印機進行這項工作,因為它允許調整許多噴射參數。上圖是通過噴墨打印製造的複雜軟機器。a) 帶有集成蠕動泵和兩個獨立流體網絡的流體係統。通道充滿了染色的液體,使它們可見。在操作中,黃(huang)色通道包含介電流體,而粉(fen)色通道包含要泵(beng)送的流體。➀ 接地電極,➁ 高壓電極,➂ 介電通道,➃ 水通道。b) 使用多層電極、有機矽彈性體和犧牲材料噴墨打印可拉伸軟機器,以創建靜電拉鏈(lian)致動器和多級流體通道。c) 彈頭驅動器是一種模擬彈頭行波運動策(ce)略(lve)的印刷軟機,具有14個通道和28個軟致動器。➀ 高壓相(×3), ➁ 接地電極,➂ 蜿蜒(yan)的電介質通道, ➃ 充(chong)液墊。(2020)

  • ▲ 微流控裝置

    在“使用銀和pdms反應油墨按需打印帶有感應電極的微流體裝置”的研究中,開發了一種原位固化聚二甲基矽氧烷(PDMS)反應性油墨,並通過打印(MicroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印係統 Jetlab Ⅱ)一個帶有集成電極的完整微流控混合器來測量流體電導率、濃度和混合完整性,證明了其實用性。首先,進行了參數空間研究,以生成一組PDMS油墨和與按需打印(DOD)約束兼容的打印參數。接下來,用DOD打印的銀反應油墨、PDMS反應油墨和低溫聚乙二醇逸(yi)散性油墨製作了微流控混合器。最後,在0.01 ~ 1.0 M的NaCl溶液中對該裝置進行了校準和測試,結果表明該裝置可以準確測量電解質濃度和混合完整性。總(zong)的來說,這項工作展示了一套反應性油墨和工藝,使用低成本油墨和DOD打印技術製造複雜的微流控裝置。(2017)

  • ▲ DEA炭黑電極

    噴墨打印是一種具吸引力的電介質彈性體致動器電極打印技術。洛桑(sang)聯邦(bang)理工學院相關研究團隊在“介質彈性體致動器用炭黑電極的噴墨打印”的研究中介紹了炭黑電極混合物的製備和噴墨打印(MicroFab Jetlab 4噴墨打印係統),並對其性能進行了表征。碳黑在過去被廣泛使用,因為它順(shun)應性好;然而,它有很高的電阻,用起來可能會很髒(zang)。在這個研究中,研究團隊證明了炭黑仍然是一種合適的電極材料,並且當噴墨打印時可以用來製造滿足當今要求的器件。DEA正變得越來越薄,以降低驅動電壓,尺寸也在縮小,以適應生物醫學領域、可調諧光學和微流體領域設備的規模。噴墨打印解決了這兩個問題。首先,噴墨打印是一種非接觸技術,可以在無襯底薄膜上打印。其次,噴墨打印機的高精度使得打印毫米級的複雜電極幾何形狀成為可能。研究團隊通過對印刷電極進行表征,證明了噴墨打印和炭黑電極的優點。打印的炭黑電極的電阻低到13kΩ/o,彈性模量約為1MPa,在50%拉伸下,循環電阻擺(bai)動在1500次循(xun)環中增加7%。研究團隊還演(yan)示了在約94V/um的電場下,具有直徑拉伸8.8%的印刷炭黑電極的DEA。最後進行了定性測試,表明打印的炭黑電極有強的耐磨性。(2017)

  • ▲ MXene基微型超級電容器(MSC)

    S-MXene墨水用於在柔性基材上製備高性能MSC。氮和硫原子的摻(can)雜改善了微電極的抗氧化性和反應動力學,從而實現了長期的循環穩定性(10,000次循環後的電容保持率為94.6%)。通過簡單的參數調整,可以自動製造具有高分辨率的形狀多樣圖案的定製MSC,具有710 F cm-3 的出色體積電容。基於N,S-MXene,噴墨打印(MicroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印係統 Jetlab Ⅱ)的MSC顯示出超高的能量密度8.9 mWh cm-3 功率密度為 411 mW cm-3,超過了之前報道的許多基於MXene的MSC。此外,微電極的總電壓和電流輸出可以通過串聯或並聯在有限區域內使用不同的打印參數輕鬆提高。這些特性是開發功能強大的小型化柔性MSCs的先決條件,該MSCs可以很容易地與一係列微電子器件集成,為更先進的噴墨打印MSCs提供了可能性。“用於高性能噴墨打印微型超級電容器的無添加劑氮硫共摻雜MXene墨水”的這項工作加速了用於下一代儲能設備的噴墨打印油墨的開發,專為自供電、可穿戴、易(yi)於集成和可植入的微電子產品而設計。(2022)

  • ▲ 懸臂諧振式氣體傳感器的傳感層沉積

    美國喬(qiao)治(zhi)亞理工學院的D. S. Gottfried等研究者們在“基於懸臂(bi)梁(liang)的諧振氣體傳感器,具有用於局部傳感層沉積的集成凹槽(cao)”的研究中利用壓電噴墨打印技術(MicroFab Jetlab Ⅱ) 在諧振器頭部的凹槽區域局部沉積化學敏感聚合物,形成氣相化學微傳感器平台。凹槽沉積的厚度為5μm。由於感測膜被限製在檢測質量負載方麵有效且在諧振器的平麵內振動期間不應變的區域,所以使得傳感器具有更高的頻率穩定性(頻率穩定性:2×10-8)和更高的傳感器分辨率。傳感器對甲苯的化學靈敏度為0.5Hz/ppm,艾倫方差為2×10-8,裝置的檢測限可低於1ppm。(2013)

  • ▲ 微熱板氣體傳感器敏感材料塗層

    微熱板平台上的金屬氧化物納米結構在氣體傳感器研究中引起了大的興趣,因為它們具有創建高響應性和極其便(bian)攜(xie)的氣體傳感器的潛力。目前對這些傳感器的大部分研究都集中在分層納米結構的創建上,因為納米粒子之間的範德華引力會導致團聚,從而損害傳感器的性能。在“微熱板平台上SnO2納米結構的氣體傳感器性能比較”的研究中,探索了在微熱板上進行噴墨打印(MicroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印係統 Jetlab Ⅱ),作為一種避免納米顆粒聚集以產生開膜微結構的方法。掃描電子顯微鏡用於研究沉積的納米顆粒薄膜,該薄膜具有開放的微結構,沒有大的團聚。發現在幹燥空氣背景下暴露於甲烷和一氧化碳時,噴墨打印的 SnO2納米顆粒的傳感器響應和響應時間與分層顆粒薄膜相當。由於納米結構的表麵積增加,與SnO2微米尺寸的顆粒相比,SnO2納米顆粒和微球都具有更好的響應。這意味著適當控製SnO2納米顆粒薄膜的微結構可以產生與SnO2分層結構相似的氣體傳感器性能,並有可能用於可重現地製造高性能氣體傳感器。(上左圖為微熱板裝置的光學圖像,右圖為通過噴墨打印沉積在微熱板上的SnO2納米顆粒墨水的光學圖像)

  • ▲ PEDOT:PSS氣體傳感器

    在導電共軛(e)聚合物的研究中,電摻雜長期以來一直發揮著重要作用。都靈理工大學相關研究團隊在“二次摻雜對噴墨印刷PEDOT:PSS氣體傳感器 VOC 和 NO2檢測的影響”的研究中,使用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯 - 磺酸鹽)(PEDOT:PSS)的導電水性配方,通過噴墨打印機(MicroFab Jetlab 4按需噴墨打印係統)成功製造了一種新型聚合物氣體傳感器。執行了一種用於不可逆二次摻雜的簡單而穩健(jian)的處理方法(通過 H2SO4和 MeOH 後處理)以增強電導率並改善氣體傳感性能。實時氣體傳感測量是通過將設備與八種不同的分析物暴(bao)露在低濃度範圍的 VOC 蒸汽中進行的,可達飽和蒸汽壓的 5%,NO2 濃度為 10 ppm在21 °C 時的相對濕度 (RH) 達 10%,利用幹燥(zao)空氣作為載氣和稀釋氣體。針(zhen)對不同的 PEDOT:PSS 後處理傳感器評估氣體響應,作為穩態電阻變化與器件基線電阻之間的比率獲得。觀察到用濃H2SO4後處理的 PEDOT:PSS 的意外行為,而經 MeOH 和稀釋的 H2SO4後處理的傳感器表現出對all研究分析物的改進響應。對 5% 的氨和 NO2獲得best performances使用純甲醇後處理的設備的氣體響應分別為 6% 和 28%,使用稀硫酸後處理的傳感器的氣體響應分別(bie)為 6% 和 28%。此外,對製造的傳感器的長期穩定性和溫度的影響進行了評估。總而言(yan)之,這些有希望(wang)的結果可以讓(rang)研發團隊更好地了解二次摻雜對電氣和傳感特性的影響,為電子鼻的發展鋪平道路。(上圖為:用於生產氣體傳感器的製作步驟草(cao)圖及設備布局,紅色層是噴墨打印的PEDOT:PSS薄膜的圖案,而藍(lan)色層對應於接觸墊(dian)和電極。照片為製作的PEDOT:PSS氣體傳感器,光學圖像為在金電極上噴墨打印的PEDOT:PSS薄膜。)(2021)

  • ▲ 壓阻器件PEDOT:PSS電極

    納米結構聚合物複合材料在機械變形時電阻會發生巨大變化,因此在壓阻器件的製備中具有廣闊的應用前景。量子隧(sui)穿複合材料的特點是金屬填充物銅顆粒之間的傳導機製,嵌入聚二甲基矽氧烷(PDMS)絕緣基質中,該機製由顆粒的尖刺形態增強。PEDOT:PSS電極通過噴墨打印(MicroFab噴墨打印係統Jetlab 4xl)在複合材料的兩側,這種技術允許一步製造過程。采用常壓等離子體定製係統對樣品表麵進行預處理,控製和增強導電墨滴的粘附和擴散。由於金屬與聚合物的比例極高,導致複合材料的表麵和介電性能不同,已知的等離子體條件不適合控製擴散。基於圖像分析和粘附/粗糙(cao)度特性(如鼓脹(zhang)和擴散)的數值解釋,通過定量比較發現了油墨/表麵相容性的最佳等離子體條件。(上圖:壓阻複合材料的製備工藝流程示意圖)(2014)

  • ▲ 氣體傳感器電極PEI塗層(氣相色譜)

    在用於氣相色譜(pu)的微流體薄膜體聲波諧振器氣體傳感器的在線檢測的研究中,相關研究團隊描述了一種微流體薄膜體聲波諧振器氣體傳感器 (mFBAR),專門用作氣相色譜中的在線檢測器。這種微型蒸汽傳感器是一種非破壞性檢測器,死(si)體積低(0.02μL)。它是通過將諧振器封閉在尺寸為15mm×15mm×1mm的芯片上的微流體通道中來製備的。帶有聚合物塗層的裝置在有機磷化合物的檢測中表現出令(ling)人滿意的性能,對化學戰劑模擬物甲基膦(lin)酸二甲酯顯示出低檢測限(十億分之十)和相對較短的響應時間(約十五(wu)秒)。構建了具有FID的mFBAR傳感器的在線檢測,並用於通過mFBAR直接測量固體表麵上的濃度分布,同時控製流動相中的濃度分布(bu)。流動相和固相峰(feng)大位置的差異可以作為衡量傳質速率的方便指標。通過在一次進樣中獲得的mFBAR和FID的響應,可以計算(suan)出與進樣質量無關的參數,並將其用於識別目標分析物。在上述研究中,研究人員為了增強蒸氣分析物的吸附,將聚合物溶液(聚乙烯亞胺(an),PEI)噴塗到了頂部電極上,通過噴墨打印(MicroFab Jetlab 4噴墨打印係統)形成薄的吸附層。(2021)

  • ▲ 多模CNT傳感器(氣相色譜)

    天津大學段學欣教授團隊使用MicroFab的納米材料沉積噴墨打印係統Jetlab 4進行微米級別的可重複性沉積打印(液滴體積約100pL),證明了多模碳納米管(CNT)檢測器用於氣相色譜分析(GC)的可行性,所開發的CMOS兼(jian)容多模CNT傳感器具有高傳感性能、小型化尺寸和低功耗,對未(wei)來開發便攜式GC至關重要。(2022)

  • ▲ 氣相碘傳感器MOF薄膜

    超靈敏和高選擇性碘(dian)氣傳感器在核輻射泄漏過程中發揮著至關重要的作用,及時發現和緩解汙染,確保大量操作人員的安全和設施的後續完整性。在“用於超痕量碘傳感器的MOF微環境中的納米阱工程”的研究中,相關研究團隊合理地設計了一種金屬有機框架(MOF),由於其優化的疏(shu)水性,它表現出優異的性能,電響應增強了近十億倍,這使得碘分子可以很容易地通過通道遷(qian)移並且存在合適的相互作用位點,臨時錨(mao)定目標分子以進行超痕量傳感。與現有吸附劑(包括市售(shou)材料)相比,在苛(ke)刻環境中測試的原型傳感器展示了其高選擇性、超痕量十億(yi)分之幾 (ppb) 級靈敏度、良好的可逆性和非常快的響應時間,即使在高頻下也是如此。此外,通過測量單晶的電響應,詳細研究了原子水平的碘傳感,並通過使用噴墨打印(MicroFab 高精度納米材料沉積噴墨打印係統 Jetlab Ⅱ)確定了用於工業上可行的原型傳感器的MOF層的理想厚度。從更廣泛的角度來看,研究團隊提出了一種針對具有混合功能的高效電傳感材料的總體策略,用於設計高靈敏度碘傳感器,以實現安全和可持續的未來。(上圖為用於碘氣傳感的IDE傳感器平台上的ZIF-70噴墨打印 (IP):(a)噴墨打印技術示意圖。(b)噴墨打印原型IDE傳感器的光學和SEM圖像。(c)噴墨打印傳感器在碘吸附前後阻抗值的頻率相關變化,其中DPC代表滴鑄(zhu)技術,SC代表單晶方法。對於3層ZIF-70@peo7IDE:(d)10Hz頻率下阻抗和相位角的實時瞬態測量,以及(e)用於測試4Hz AC傳感器可重複使用性的循環吸附和解吸數據。)

  • ▲ 金納米粒子薄膜濕度傳感器

    台灣(wan)大學化學工程係廖(liao)英(ying)誌教授團隊在“采用噴墨打印技術的高響應 PEG/金納米粒子薄膜濕度傳感器”的研究中,利用噴墨打印技術開發了一種高響應濕度傳感器。使用MicroFab的Jetlab 4噴墨打印係統將接枝(zhi)有吸濕聚合物的金納米顆粒(GNP)以直徑55μm的液滴,35μm的點間距,沉積在叉指電極上,形成厚度可控的均勻薄膜,所製備的傳感器可以檢測到1.8%~95%的相對濕度(RH)變化,電阻變化大至4個數量級,無遲滯現象(xiang),溫度依(yi)賴性小;且傳感器較薄,可快速達到吸收平衡(heng),響應時間和恢複時間可到1.2秒和3秒;快速響應的同時保持區分頻率達2.5Hz的間歇加濕/除濕循環信號。(2019)

  • ▲ 在MEMS器件上沉積氧化石墨烯(GO)

    在“使用MEMS諧振器的多模激發進行選擇性多分析物檢測”的研究中,相關研究團隊通過利用兩種不同的機製報告了高度選擇性的多種分析物檢測;使用單個MEMS器件的吸收和熱導率。為了說明這個概念,研究團隊使用了一個由連接到彎曲梁和T形可移動質量的夾緊引導拱(gong)梁組成的諧振器。有限元模型用於研究器件的模態振型和機械行為,與實驗數據的報告具有良好的一致性。諧振器顯示出兩種不同的平麵外振動模式。對於濕度檢測,研究團隊通過使用對水蒸氣具有強親和力的氧化石墨烯(GO)對表麵進行功能化來利用物理吸附。使用噴墨打印機(MicroFab的Jetlab Ⅱ噴墨打印係統)製備GO溶液並在質量表麵上滴注。另一方麵,冷卻(que)加熱的彎曲梁用於氦(hai)(He)檢測(基於熱導的傳感器)。當模式被單獨和同時驅動時,傳感器特性得到了廣泛的研究。結果證實了每種模式的成功利用,用於選擇性檢測相對濕度和He。這種對多種分析物的新型模式依賴性選擇性檢測可以成為開發用於現代便攜式電子設備的微型、低功率和選擇性智能傳感器的有希望的構建模塊。(2022)

  • ▲ 電阻式存儲設備ITO電極

    相關研究人員製造了具有 ITO/GaZnO(GZO)/ITO 配置的全溶液處理、完全透明的電阻式隨機存取存儲器 (sol-TRRAM)。所有層,包括有源層和頂部和底部ITO電極,都使用溶膠-凝膠溶液通過旋塗或噴墨打印(直徑50μm的MicroFab噴頭)沉積在玻璃基板上。sol-TRRAM是透明的,在550nm 處的透射率為86.5%。由於溶液處理的GZO層中存在足夠的固有非晶格氧離子,因此不需要初始形成過程來生產透明存儲器。sol-TRRAM還顯示出合理的雙極電阻開關,具有低工作電流 (300次循環)。設置過程中的主要傳導機製可以用陷(xian)阱控製的空間電荷限製傳導來解釋,並且由於Fowler-Nordheim隧道效應的電荷注入,勢(shi)壘高度的改變導致了電阻變化。

  • ▲ NMM納米陶瓷微珠

    相關研究團隊報告了一種簡單有效的原位噴墨打印方法,用於製造納米結構和高密度 Ni0.9Mn1.8Mg0.3O4 (NMM) 尖晶石氧化物納米陶瓷微珠材料。 在該研究團隊的方法中,陶瓷油墨是由共沉澱法合成的單立方尖晶石NMM納米晶製成的,在有機溶液中分散良好,具有良好的分散性和穩定性。 在使用這些陶瓷墨水進行噴墨打印(MicroFab)後,NMM 微珠在不同溫度下通過兩步燒(shao)結 (TSS) 工藝進行燒結。 係統地研究和表征了通過TSS工藝製備的NMM納米陶瓷微珠的燒結行為、微觀結構和電性能。 這些結果表明,通過調節燒結溫度可以實現具有中等電阻值(98 331-174 601 Ω)、較低熱時間常數(58-147 ms)和較高材料常數(4176-4309 K)的 NMM 微珠的高性能。(2016)

  • ▲ 水基陶瓷油墨Ni-Mn-O薄膜

    陶瓷油墨穩定的流變性能是噴墨打印(IJP)的關鍵要求,應在雷諾(nuo)數和韋(wei)伯(bo)數方麵得到滿足。在“用於噴墨印刷的新型水基陶瓷油墨的開發和表征”的研究中,引入了反相微乳液合成單分散納米陶瓷粉體,平均粒徑小於100 nm。兩種不同分散劑的比較,即聚丙烯酸銨 (PAANH 4) 和聚丙烯酸助劑 (PAA), 表明前者對陶瓷油墨具有良好的分散效果。測量了油墨的沉降率、zeta 電位、表麵張力、粘度和密度,並計算了雷(lei)諾數和韋伯數以及 Z 值。老化 72 小時後,可以獲得穩定、均勻和高固含量 (20 wt%) 的陶瓷油墨。最後,陶瓷油墨在噴墨打印(MicroFab高精度納米材料沉積噴墨打印係統Jetlab II)過程中表現出理想的打印性能。將噴墨印刷技術與燒結工藝相結合,Ni-Mn-O薄膜具有監測智能可穿戴設備溫度和濕度參數的潛力。(2022)

  • ▲ 碳納米管薄膜晶體管

    南(nan)洋理工大學相關研究團隊采用噴墨打印技術(MicroFab納米材料沉積噴墨打印係統Jetlab Ⅱ)在70nm HfO2柵極介質的PET襯底上製備了CN-TFT器件。對於通道長度為160μm的器件,通過改變印刷量,有效遷移率可以提高到43 cm2 V−1 s−1,開關比≥104。這表明噴墨打印在柔性電子領域的高性能器件製造方麵是有前景(jing)的。(2012)

  • ▲ 電極陣列

    在“用於納米級印刷電子器件的高產量單液滴電極陣列”的研究中,卡文迪(di)什實驗室相關研究團隊展示了基於直寫印刷(MicroFab)的納米級電子器件可擴展製造技術的兩個構建塊:用於100 nm尺寸電極間隙高產量印刷的架構和用於集成有機材料和高導電性金屬互連的低溫銀複合油墨。研究團隊使用單個打印的液滴,這些液滴可以慢(man)慢地從彼(bi)此之間脫落,即使在存在某(mou)些表麵缺(que)陷的情況下,也可以實現可靠的、高產量的圖案。(2010)

  • ▲ AuNP溶液導電圖案

    金電極在某些設備和某些需要惰(duo)性、高導電性的應用中是重要的。馬(ma)尼(ni)拉雅典耀(yao)大學化學係相關研究團隊采用澱(dian)粉和微波輔助加熱法製備了一種適用於噴墨打印(MicroFab Jetlab 4噴墨打印係統)的納米金(AuNP)水性油墨。通過改變澱粉的水解條件,可以控製和優化AuNP懸浮液的大小、產率和穩定性,從而獲得可噴射的油墨。與金相比,優化後的配方澱粉含量低,為1.75 wt %,形成了高度穩定的AuNP油墨,幹燥後已經形成了導電薄膜,並在低溫下燒結。因此,整體合成方案提供了一種更環保、更便宜的替代其他AuNP合成方法。對薄膜的燒結行為進行了監測,其中,在加熱時,澱粉被降解,晶體生長增加,形態從單個納米顆粒轉變為融合顆粒網絡。薄膜電阻隨這些物理變化而降低。通過將薄膜加熱到至少200°C,可以實現

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