從噴頭(tou)到設備，我們提(ti)供多種選擇(ze)；從科研到(dao)產業，我們展(zhan)示多種可(ke)能(neng)。
材(cai)料(liao)沉積噴(pen)墨打印(yin)及(ji)
塗層(ceng)係統(tong)解(jie)決(jue)方案
Inkjet、EHD、Ultra-sonic等多(duo)種(zhong)微流(liu)體控製(zhi)技術相關(guan)文(wen)件(jian)、視(shi)頻資(zi)料。
材(cai)料(liao)沉積噴(pen)墨打印(yin)及(ji)
塗層(ceng)係統(tong)解(jie)決(jue)方案
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使用(yong)Inkjet噴墨打印技術(shu)，將(jiang)微(wei)液滴(di)（皮(pi)升(sheng)量級）進行(xing)按(an)需(xu)分配，使其定量，快速，準(zhun)確的打印在指定的(de)位(wei)置(zhi)。
有一致(zhi)性(xing)好（液滴的體(ti)積，下(xia)落速度，下落(luo)的偏(pian)轉(zhuan)角(jiao)及形(xing)貌(mao)變(bian)化等，誤(wu)差0.1%），
可重(zhong)複(fu)性好(hao)（基(ji)於在給噴頭信號後(hou)，同一時間節點，液滴的位置，形狀(zhuang)，尺(chi)寸(cun)和前一滴液滴可保持(chi)一致），
打(da)印精度高（基於穩定(ding)、可控(kong)的液滴發(fa)生機(ji)構，結(jie)合高(gao)精度(du)的運動平台和程(cheng)序(xu)，能夠(gou)將一種或多種溶液快速、準確、定量(liang)的分(fen)配(pei)到指定的位置），
打印速(su)度快（對(dui)於陣(zhen)列化的需要打印的器(qi)件，max打印速度500個/s）等特點(dian)。
傳(chuan)統的點樣微陣列(lie)製備方(fang)法，是(shi)采用計(ji)算機控製的xyz運動台實現(xian)，其(qi)頭部使(shi)用筆(bi)尖式搜(sou)集裝(zhuang)置從多孔(kong)板上獲取小(xiao)滴的溶(rong)液，然後轉移(yi)、點樣到表(biao)麵(mian)。當使用平麵固體表麵基板時(shi)，筆式打印實用性高且(qie)可重複。但(dan)是當使用不均勻(yun)的膜型(xing)襯底時，接(jie)觸(chu)技(ji)術會出現較多問題。當表麵區(qu)域低(di)於一支筆或一組(zu)打印筆中的一支筆的水平時，不均(jun)勻的基片會導(dao)致遺漏(lou)點；而薄(bao)膜吸(xi)收斑點溶液太快時，斑(ban)點會(hui)導致表麵凹(ao)痕(hen)的出(chu)現和(he)斑點不均勻。而且，由於每個點印的容量控製範圍(wei)有(you)限(xian)，會導致無法疊(die)印。正壓(ya)驅替(ti)，利(li)用注(zhu)射器係統或閥(fa)門射流沉積流體，在閥噴技術中，一個孔口或噴嘴附在一個電磁(ci)閥上(shang)，電(dian)磁閥快(kuai)速開啟(qi)和關閉(bi)，從加壓的流動中產(chan)生間歇的水(shui)滴流。注射(she)器係(xi)統從(cong)樣品孔中(zhong)抽(chou)取液體，然後使用正位移將液體分發到基板(ban)上。由於流體特(te)性對分膠效果的影(ying)響(xiang)小於對壓電微分膠(jiao)效果(guo)的影響，因此該係統具(ju)有較高的可靠(kao)性。然而，正(zheng)壓力驅替微分配器係統在低容(rong)積時，其可重複性率較低。 MicroFab按需滴式壓電微分發裝置屬於微分液裝置，當流體保持在環境壓力(li)下，僅僅在需要(yao)時，使用壓電換(huan)能器製造(zao)液滴。換能器在流體中產生體積變化，從而產生壓力波(bo)；當(dang)壓力波傳播至孔口時，轉化為流體速度，從孔口噴出一個(ge)液滴。作(zuo)為一種非(fei)接觸式技術，噴墨調劑的精度不受(shou)流體如(ru)何潤濕基板的影響，如在調劑(ji)過(guo)程中，正位移或筆轉移係統將流體接觸到基板上，流體源(yuan)不會被(bei)基板上的流體或(huo)基板材料所汙染。因此，可使用不同(tong)的試(shi)劑或生物液進(jin)行疊印，且減少(shao)交叉汙(wu)染(ran)的風險。最終，流體液滴可自由移動的距(ju)離超過1 mm，可將流體分配到井中或其他基質(zhi)特性中(例(li)如，控製潤(run)濕(shi)和擴散的特性)。MicroFab技術正在使用單(dan)玻璃(li)管(guan)壓電式(shi)分配器，同時將其高密度按需滴陣列打印頭技術用於生物活(huo)性流體微分配器。集成陣列噴墨噴頭的使用，在高密度/高精度條(tiao)件下，有效(xiao)簡化了多噴墨係統的設計和操作。 壓電式按需滴式噴墨打印技術用於微分發液體在DNA和免疫(yi)分析診斷、表達研究和高通量篩(shai)選(xuan)方麵具有廣泛的適用性。研(yan)究發現，利(li)用MicroFab噴墨微分配技術，可以(yi)以0- 4000 /秒的速度生產出直徑為25-100 μm (10 pL - 0.5 nL)的流體球(qiu)體。MicroFab噴墨微分配裝置可廣泛(fan)應用於打印多種流體(探針、試劑、生物樣品流體、表麵激活流體等)。
上圖(tu)是用同一設(she)備(bei)印刷的各種尺寸（小直(zhi)徑(jing)80μm）的膠點，可調(diao)整局部(bu)材料密(mi)度。在醫療設備、曲麵屏幕(mu)、MEMS組件等器件的製備方麵，均需要合理有效地(di)分配非接觸式粘(zhan)合劑，以防(fang)止(zhi)損(sun)壞(huai)或汙染設備。這是因為，精密儀器製備中，微型光學(xue)元件附著在非常小的其他(ta)元件上，如何使在雙方達到緊(jin)密連接是關鍵(jian)。常(chang)用於粘接的材料可以是熱(re)塑(su)性/熱固性/熱熔氰(qing)基丙(bing)烯(xi)酸酯、環(huan)氧(yang)UV固(gu)化矽(xi)酮丙烯酸(suan)酯(zhi)聚氨酯，且均可使用噴墨技術進行微點膠打印。許多商(shang)用膠粘劑產品適用於噴墨沉積，而另(ling)一些則需要進行調整(zheng)。考(kao)慮(lv)在分配器孔口達到的剪(jian)切(qie)速率(lv)，50cPs被認(ren)為是流體粘度的實(shi)際(ji)極限，因此，具有較(jiao)高粘度的商用粘合劑可以通過加熱或稀(xi)釋的方式引(yin)入(ru)噴墨式分配器的操作範(fan)圍。 噴墨微點膠的優點在於精確(que)控製位置、單點膠量、物(wu)料在麵積上的分布和線(xian)寬(kuan)。MicroFab使用噴墨打印方法可製造各(ge)種組件和設備，使用的材料包(bao)括光(guang)學粘合劑，紫(zi)外光固化聚合物，指(zhi)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(wen)度下分配粘合劑材料，通(tong)過改變工藝(yi)參(can)數(shu)、點陣、細線和區域，打印範圍從10μm到幾毫米(mi)，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(nei)的粘合劑可以加(jia)熱到100℃左(zuo)右，將其粘度降(jiang)低到一個可接受的範圍，或使用相容溶劑稀釋(shi)降低粘度，可在塗膠後溶劑蒸(zheng)發，隻(zhi)留下粘合劑。 此(ci)外(wai)，還可以通過在商用粘合劑材料中填充金(jin)屬(shu)顆粒、碳納米管或陶瓷顆(ke)粒(li)，改(gai)進其導熱性或導電性。
通過控製沉積過程，可以調整關鍵參數，如空間(jian)分布、粒度和分析物的數量，以生產測試材料，以驗(yan)證(zheng)NIST各種表征工具的有效性。在一個例子中，將不同數量的不同大小的金納米粒子打印到明(ming)膠上（上圖，(a)ToF-SIMS圖像(xiang)顯示含(han)有不同數量金納米顆粒的測試材料噴墨打印到明膠上，以及(b)校準曲(qu)線與(yu)（30、80、100和150）nm 金納(na)米顆粒的質量相(xiang)關金離子的強度。），明膠被選為生物係統的基質匹配替代(dai)品。使用ToF-SIMS可以獲(huo)得(de)線性關係，這表明即使是無機顆粒也(ye)可以使用這種技術進行量化，每(mei)個沉積物的毒(du)理學相關濃度為幾個（飛克）到數千(qian)個納米顆粒（皮克(ke)）。這表明使用這(zhe)種方法也可以量化束縛(fu)在納米顆粒上的藥物成分。
MicroFab為電子製造行業(ye)開發出了先進焊(han)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(miao)2000次的熔化焊料滴。基於焊料噴射的沉積是低成本的（不需要工具）、非接觸的、靈活的和數據驅動的（不需要光刻(ke)刻蝕或掩模，因為打印信息(xi)直接由CAD設計，並(bing)以數字方式存(cun)儲(chu)），並且是環境友好的（這是一個沒(mei)有副產物的增材製造過程）。目前倒裝芯片(pian)工藝中使用的焊料凸點（solder bump）通常在100微米左右，隨(sui)集(ji)成電路(lu)的小尺寸，高密度的發展，對於倒(dao)裝技術的焊料凸點尺寸會越(yue)來越小。MicroFab研發團(tuan)隊(dui)在矽片上進行了大(da)量實驗，以評估噴墨打印技術對小尺寸凸點的適(shi)用性。MicroFab團隊還開發出了(le)新的無鉛噴墨打印技術，用於製造高密度IC封裝。皮升級的焊料（直徑小於25μm）可在240℃的高溫下進行打印。設備利用數字(zi)化驅動擁有更高的集成度，更低的成本和更(geng)高的靈(ling)活性。MicroFab團隊還將SolderJet技術應用在3D封裝上，並提出了一套完整的解決方案(an)，芯片與芯(xin)片之間完(wan)全用SolderJet技術來鍵合。SolderJet技術潛在的應用包括(kuo)：集成(cheng)電路封(feng)裝，芯片級封裝，光電互聯(lian)和印刷電路板製備。焊料可以每秒(miao)超過2000個bumps打印在基板上，相關的垂(chui)直通孔也可以進行打印。
上世(shi)紀(ji)九(jiu)十(shi)年(nian)代，光電子學和微電子學相互滲(shen)透形成微光學（Micro-Optics），微光學元件中，微透(tou)鏡陣列尤(you)為重要，它(ta)在照(zhao)明、成像、光通信(xin)等方麵發揮重要作用。微透鏡陣列是由(you)直徑在10μm到1mm之間的微透鏡按照一定的排(pai)列組合而形成的陣列，其透鏡尺寸小，可用於光信息處理(li)、光計算(suan)、光互(hu)連、光數據(ju)傳輸、生成二(er)維(wei)點光源，也可用於複印機、圖像掃描儀(yi)、傳真機、照相機，以及醫(yi)療(liao)衛(wei)生器械中。此外，微透鏡陣列器件也實現了微型化和集成化，使得其具有很強(qiang)的適應性，可廣泛用於通信、顯(xian)示和成像器件當中。用於半(ban)導體激光器的橢(tuo)圓形折(zhe)射微透鏡陣列，能夠實現激光器的聚(ju)焦與準直，激(ji)光二極管(LD)的光束(shu)整形， 它還可用於光纖(xian)、光學集成回(hui)路之間，實現光器件的有效耦合。在光纖通信中，橢圓形微透鏡(jing)將來(lai)自自(zi)由空(kong)間的光耦合進光纖，並校(xiao)準從光纖出來的光。目(mu)前微透鏡陣列己(ji)經在原子光學領域有所(suo)應用，利用微透鏡陣列做(zuo)成原(yuan)子波導、分束器、馬赫一曾(ceng)德爾幹(gan)涉儀或利用其捕獲原子或者(zhe)對中性原子進行量子信息處(chu)理。因此對於微透鏡陣列使用材料，製作工藝和用途(tu)方麵的研究十分必(bi)要。 MicroFab使用噴墨打印方法，用於數據驅動的微光學元(yuan)件的製造，如折射透鏡陣列，將多模波導和微透鏡/傳感器沉積在光纖/光纖束的尖(jian)端。用於微光學MJ點膠裝置打印的材料包括光學粘合劑，uv固化聚合物和指數調整熱塑性塑料配方。MicroFab研發的高溫打印頭用於在220℃以下的溫度下分發光學材料，目前該發明已取得相關發明專(zhuan)利。通過改變工藝參數，已製造出不同尺寸的球形和圓(yuan)柱(zhu)形平麵凸(tu)透鏡陣列，尺寸範圍從80μm到1 mm、精度僅為幾微米。 通過熒光光譜(pu)可以監測(ce)每個傳感器的特性，並且能對目標分析物進行靈敏(min)度檢測和定量分析。通過光學成像方法對這些分析(xi)物進行同步檢測和測量，並在空間上記錄(lu)每個打印出的微點陣。
光纖傳感(gan)器可用於傳統傳感器不能使用的情況(kuang)下執行難度較高的一些(xie)測量應用。這種傳感器通常結構(gou)緊湊(cou)、質量輕、耐(nai)腐(fu)蝕，並且可以多路複用。它們不受電磁幹擾(rao)，能在惡劣環境(jing)中應用。由於各種分析物的測量需要促(cu)進了光學傳感器陣列的發展，並可用於樣(yang)品的完整化學色譜的測量。例如，多個感測化學物可以連接到光纖傳感器的光纖末端(duan)，並且不同的感測化學物可以通過空間或光譜分辨率來識別。（圖a為勞倫(lun)斯(si)國(guo)家(jia)實驗室製造的顯微光度計原型，其中使用了MicroFab Technologies打印的傳感元件；圖b為在光纖尖端打印熒(ying)光染料製備出的顯微光度計的示意圖） 利用噴墨技術在可接觸的光學表麵打印一種或多種標(biao)記(ji)化學試劑。其中一個常見的例子就(jiu)是光纖的尖端。該(gai)方法提供了一種通過使用多種MJ噴頭分配幾(ji)何形狀來精確打印不同材料的圖案。每種化學試劑可包含一個或多個光能吸收染料，其光學特性隨目標分析物的變化而變化。 通過熒光光譜可以監(jian)測每個傳感器的特性，並且能對目標分析物進行靈敏度檢測和定量分析。通過光學成像方法對這些分析物進行同步(bu)檢(jian)測和測量，並在空間上記錄每個打印出的微點陣。（圖c為噴墨打印在光纖束末端的生物傳感器透鏡）
噴墨打印技術可與其他技術一起(qi)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(shi)意(yi)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(jing)圓）。例如，采(cai)用MEMS的方法製備被動對準的夾(jia)持器，比製造中采(cai)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。
晶圓級(ji)（Wafer-level）製造的微光學元件陣列。噴墨打印微透鏡在MEMS上的應用包括微光學器件，光纖束，光波導和激光器等。噴墨打印微透鏡已被用於提高垂直腔(qiang)麵發射激光器的耦合效率，而不會造成明顯的光學損失(shi)。上圖顯示了打印在直徑100μm GaAs SU8柱上用於垂直腔麵發射激光器耦(ou)合的微透鏡。
利用噴墨打印可提供(gong)一種低成本，高產量，簡(jian)單的辦法來製造高性能的有機納米線晶體管陣列。通過將浸塗工藝與噴墨工藝（Jetlab Ⅱ）相結合（一種全溶液處理方法——將有機納米線組裝成對齊的陣列，並在陣列頂部完成S/D電極。對齊的有機納米線陣列通過浸(jin)塗進行圖案化，S/D電極通過噴墨打印導電聚合物（3,4-乙(yi)烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT/PSS）進行圖案化），有機納米線晶體管陣列可實現1.26cm2· V-1·S-1的FET遷移率，達到了與帶有蒸發電極的器件相當的水平(ping)。
近年來OLED因(yin)其廣(guang)視角、節能、髙(gao)對比度等多種優點，為曲麵超薄顯示帶(dai)來了新希望(wang)，可廣泛應用於運動手(shou)環、智能手機的開發使用，達到隨意折疊、便(bian)攜使用。噴墨打印技術進行OLED器件的製備時，可獲得厚度均勻的薄膜，器件的整個發光情況一致；工藝流程簡單有效、可實現大麵積印刷；定位精準、材料成本低；多噴嘴同時工作，避免多層溶液侵蝕。 MicroFab使用噴墨打印技術生產OLED顯示器的研究已(yi)超過10年。MicroFab公司(si)的Jetlab II打印技術，在進行OLED器件製備中，定位精準較高，小定位誤差(cha)可達(da)到2μm。如圖所示，使用Jetlab II打印出的PEDOT墨水液滴在無結構基板上成凸起形貌，點直徑約(yue)為50μm。
聚合物發光顯示器（Polymer Light-emitting Diode Display, PLED Display）因其材料發光顏色在全可見光區內可調、可溶液簡單加工及適用於柔(rou)性大麵積器件的生產而吸引了更多的目光。高質量聚合物薄膜的製備是 PLED 器件製作的關鍵，噴墨打印因為具有加工過程簡單高效、材料利用率高、適用於溶液加工、適用於柔性襯(chen)底、易(yi)於卷(juan)對卷工藝的整合和自動化等優點，被認為是具有應用潛力的技術。 MicroFab公(gong)司的Jetlab Ⅱ噴墨打印技術，其可打印溶液的粘度範圍在 1 ~ 20 cP，表麵張力範圍在 28 ~ 65 mN/m。在噴墨打印製備 PLED 顯示屏(ping)的過程中，液滴定位小的偏差就會引起液滴錯(cuo)位，造成像素(su)短路以及顯示顏(yan)色混亂等問題。因此，打印過程中，噴射出的液滴飛行後如何(he)精確的落入對應的 RGB 子像素中對於製備高性能 PLED 器件十分關鍵。決定液滴定位偏差的因素主要有打印平台移動誤差引起的著陸(lu)位置偏差。隨著(zhu)技術的發展，現在的打印機精度也越來越高了，MicroFab研製的 Jetlab xl-300的打印精度控製在±1μm。
由噴墨印刷的高遷移率有機薄膜晶體管驅動的柔性有機發光二極(ji)管顯示器，像素密度為50 ppi，提取(qu)發射光的孔徑比為39％。
許(xu)多正在開(kai)發顯示器製造方法的組織(zhi)正在使用噴墨技術沉積發光聚合物。要使用這些材料構建有源元件，必須在結構中創(chuang)建大約100納米的均勻層，並且該結構必須(xu)在聚合物層上產生電場。無論(lun)是通過旋(xuan)塗工藝還是噴墨沉積，聚合物通常以低濃度（0.5-2%體積）懸浮(fu)在揮(hui)發性有機溶劑（如二甲苯）中。沉積後，除(chu)去溶劑，聚合物膜留在基材上。MicroFab已經證明，當將發光聚合物溶液打印到塗有空穴注入層材料的表麵上時，可以實現小到30μm的特征(zheng)尺寸。上圖是使用噴墨沉積來製造使用發光聚合物的像素化顯示器。發光聚合物打印在彩(cai)色顯示器中的80×100μm孔中。圖片由杜邦顯示器提供。
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有機薄膜(mo)晶體管（Organic Thin Film Transistors，簡稱TFT），不僅(jin)具備優(you)異的柔性，同時還(hai)有諸多優勢：例如單位密度小，加工工藝簡單且具有較強的兼容性，可以實現高效的大麵積製造，因此可廣泛應用於柔性顯示、柔性觸摸(mo)屏、可植入醫療器械、軟(ruan)體機器人等方麵。薄膜晶體管中，所有電極以及絕(jue)緣(yuan)體和半導體材料部是聚合物溶液，其中，由於電極的體積非常小(單顆液滴的體積隻有30 pL，直徑約為38μm)．可用噴印法進行製作。上圖顯示的是噴墨打印的有源矩(ju)陣顯示電子設備，4800像素，工作頻(pin)率為80Hz。由Plastic Logic提供。
EHD噴墨打印量子點微陣列，點直徑2μm，中心距4μm（睿度光電2021量子點打印測試）
近年來，鈣鈦(tai)礦(kuang)材料在背(bei)光、色彩轉換和使用溶液工藝製造的防偽標簽(qian)等應用中展現出了廣闊的前(qian)景。上圖為借(jie)助(zhu)MicroFab Jetlab Ⅱ高精度噴墨打印機可原位製備具的有理想形態的結晶鈣(gai)鈦礦-PVP納米複合材料微陣列，一種在周圍環境中隱(yin)形，與柔性基板兼容，且生產成本低廉(lian)的圖案化熒光防偽應用。
按需噴墨(DoD)噴墨打印（(MicroFab Jetlab Ⅱ）是一種非接觸式技術，可精確沉積皮升體積的墨滴以創建微米尺寸的物體。DoD打印的功(gong)能遠遠超(chao)出了基於接觸的印刷方法，例如凹版(ban)膠印和絲(si)網(wang)印刷，因為它在可以使用逐(zhu)層方法在一定範圍內沉積的各種材料方麵提供了更大的靈活性基板和表麵，包括柔性基板。液晶是一類具有獨(du)特電光特性的功能流體，為有源和無(wu)源光學元件的發展提供了巨(ju)大的機遇。相關研究團隊將LC和DoD噴墨打印相結合，為功能性薄膜光學元件和器件（例如上圖所示的可調微透鏡陣列，噴墨打印的向(xiang)列液晶陣列）的製造開辟(pi)了新途徑。在適當準備打印基材以及精確沉積基於LC的油墨之後，可以設計出具有特殊光學特性的結構和配置。
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(men)領域，這是由於需要大量用於爆(bao)炸(zha)物、化學藥(yao)品、藥物濫用、工業氣體、住宅氣體和許多其他氣(qi)體的低成本傳感器。這些傳感器中的大多數使用電或光活性材料，或者更簡單地說，具有使敏感的分子暫時粘附到其表麵。其中，大多數這些傳感材料都(dou)是敏感材料，即不能用光刻技術處理。此外，因為它們是敏感的，它們(men)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。所有這些因素使得MEMS化學傳感器製造成為一個廣泛探索使用噴墨打印技術的領域。 化學電阻(zu)材料，即(ji)當暴露於特定氛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吸機中揮發性有機化合物，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，通常可包含多種傳感材料的多個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(liu)代金納米粒子懸浮液中，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(hou)度。值得注意的是在傳感區域使用了兩個潤濕“擋塊”。SU-8凹井(jing)包含分配的初始(shi)流體體積，防止潤濕到模(mo)塊(kuai)的其他區域。此外，在幹燥過程中，流體從凹井的外部結露(lu)，使得所有的顆粒都沉積在電極區域上。這種自定中心(xin)行為可導致阻抗(kang)變化小於10%。 傳感器材料的打印不僅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個分配器進行垂直移動的要求(qiu)的限製。諧(xie)振微機電係統結構檢測諧振(zhen)頻率的變化，該變化與敏感的分子的吸附引起的諧振結構的質量變化相關聯。利用可以在微機電係統器件的集成電路中實現的眾所周(zhou)知(zhi)的集成電路，可以非常精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，允許檢測非常低濃(nong)度的目標分子。
上圖為100μm傳感器元件，用於快速篩選功能聚合物（由Lee Weiss，Carnegie Mellon提供）。 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，並能將感受到的信息按一定規(gui)律(lv)變換成為電信號(hao)或其他所需形式的信息輸(shu)出，以滿足(zu)信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控製等要求。如今，傳感器產業正處於由傳統型向新(xin)型傳感器發展的關鍵階段(duan)。新型傳感器向微型化、多功能化、數字化、智(zhi)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，屬於增材製造，是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(san)在溶劑中的液相材料。主要特點是節約材料，環保，生產效率高，一致性好，可重複性好。缺(que)點也表現的很(hen)明顯，現在市麵上的工業多噴頭對材料的適應性比較窄(zhai)，噴頭容易堵塞而報廢，前期(qi)的研發測試損耗巨大。相比較於現在的工業多噴頭打印技術，MicroFab公司的按需式噴墨技術，對材料的適應性更大，並且噴頭可清洗(xi)可重複進行使用。大程度上減少了研發測試的成本。利用MicroFab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。如圖是一個靜(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微米傳感元件上。使用MicroFab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(cao)將聚合物導向傳感結構。
用於化學蒸氣檢測的量子點和聚合物複合交叉(cha)反應陣列。交叉反應化學傳感陣列由CdSe量子點 (QD) 和五(wu)種不同的有機聚合物通過噴墨打印（Jetlab 4噴墨打印係統）製成，以在石(shi)英基板上創建分段的熒光複合區域。傳感器陣列受到來自兩(liang)組分析物的暴露的挑戰(zhan)，包括一組14種不同的功能化苯(ben)和一組14種與安全問(wen)題相關的化合物，包括爆炸物三(san)硝基甲(jia)苯 (TNT) 和硝(xiao)酸銨。由於改變QD熒光的多種傳感機製，該陣列對具有不同化學功能的分析物具有廣泛的響應。傳感器陣列顯示出兩組內成員之(zhi)間的出色區分。實現了超過93%的分類準確度，包括完全區分非常相似的二硝基苯異構體和三種鹵代、取代苯化合物。這種類(lei)型的交叉反應陣列的簡單製造、廣泛的響應性和高辨(bian)別(bie)能力是開發對化學和爆炸威脅具有出色靈敏度同時保持低誤報率的傳感器的理想(xiang)品質。
上左圖是在一張(zhang)Whatman 41濾紙上噴墨打印的炸藥樣品片，包含9個樣品和50ng C4炸藥和3個空白(bai)。上右(you)圖是部分打印陣列的放(fang)大圖。 每個陣列位置是5滴噴墨打印溶液。將羅丹明染料添(tian)加到打印機溶液中以允(yun)許打印陣列的可視化。
美(mei)國陸軍和應急(ji)機動部隊越來越關注高能材料的檢測和識別，如自製和簡易爆炸裝置。為了準確地檢測和識別這些未知物（高能或良性），研究人員必須使用易於理解的通用測試基質，準確地訓練(lian)現場(chang)檢測係統進行痕量和塊體檢測。在這裏，相關研究團隊討論了使用按需噴墨技術製備的表麵增(zeng)強拉(la)曼散射（SERS）來表征硝酸銨(an)（AN）的各個相。 在農(nong)業和工業中具有實際用途的硝酸銨是陸軍感興(xing)趣的分析物，因為它通常被用於簡易爆炸裝置。為了準確地檢測和識別這種材料，危(wei)險(xian)評估係統需要已知的含硝酸銨的培訓材料。這可能是具有挑戰性的，因為硝酸銨表現出不同的多晶相（通常在標準條件下常見(jian)的是III相和IV相），這取決於材料的處理曆(li)史，甚至沉積材料的濃度。 通常，在標準條件下，IV相被認為是穩(wen)定的形式。然(ran)而，當存在催(cui)化溶劑時，硝酸銨可以從II相轉移到III相。在正常情況下，IV相是正交(jiao)的（有三個不平等的軸以直角相交），每個單元有兩個公式單位。III相也是正交晶係，但每個晶胞(bao)有四個公式單位。由於晶胞體積增加4%，從IV到III的相變導致硝酸銨膨(peng)脹，因此肥料顆粒的孔隙(xi)率和爆炸潛(qian)力增加。在室溫下，硝酸銨IV相到III相的轉變可以經(jing)曆一個與II相非常相似的中間階段。當用拉曼觀察(cha)到硝酸銨的相變時，通常與硝酸鹽（NO3-）對稱(cheng)拉伸(shen)模式相關的譜帶從1050cm-1的II相、1048cm-1的III相和1044cm-1的IV相轉移。 相關研究團隊使用SERS表征基板上存在的材料，其具有拉曼(man)的所有優點（樣品製備少、材料不會降解、適用於水溶液，並且可以與許多激光源一起使用），以及額外的優勢(shi)，與自發拉曼相比，信號增強。這種改進源於樣品和金屬化基材表麵之間的化學和電磁增強。在實驗中，研究團隊使用了市售的Klarite SERS基材，這些基材具有良好的特征、可重複性和很少的背景(jing)汙染。 曆史上，研究人員(yuan)使用滴幹法製作測試試樣。他們將溶液中的材料塗在表麵上，隨著溶液蒸發，剩(sheng)餘的材料變幹，表現出咖啡環效應，環的外邊(bian)緣周圍有高濃度材料區域，中心是低濃度材料區域。該技術因其在時間、技能和材料方麵的易於應用以及危險材料在溶液中的便攜性而廣受歡迎。滴幹法在樣品重現性和均勻性方麵麵臨挑(tiao)戰。因此，政府(fu)、學術界(jie)和工業界的研究人員正在轉向更可重複性的標準化方法，如噴墨打印，用於樣品製備。 為了研究硝酸銨的多晶相如何影響係統評(ping)估(gu)，研究團隊使用Jetlab 4按需噴墨打印係統將已知濃度的硝酸銨均勻地沉積在Klarite SERS基材上。沉積了硝酸銨之後，研究團隊測量了由此產生的SERS信號。使用打印方法，可以改變材料的位置和濃度——塊體（>100μg/cm2）和痕量（100μg/cm2），研究團隊測量了一個在1044cm-1處的SERS主峰和一個1048cm-1處的小肩峰。這表明樣品可能形成了兩個具有不同相的區域，主要是IV相和一些III相。根據這些結果，假設硝酸銨可能能夠形成堅硬的外保(bao)護層殼（IV相），而液滴內部可能保持在能量不太有利的狀態（III相），因此證明了在相同液滴內兼有IV相穩定和III相穩定性較差的多晶型物。在硝酸銨的痕量樣品中，研究團隊測量了III相和IV相的晶體結構，常見的是III相。這些觀察結果表明，在製造用於評估係統的標準化測試樣品時，有必要充分了解可以測量的各種多晶型物。 作為痕量打印能力的另一個例子，研究團隊打印了一些不同的高能材料，包括TNT和爆炸有機化合物RDX和季戊(wu)四(si)醇四硝酸酯（PETN）。上圖顯示了打印在Klarite SERS基板上的材料的一些掃(sao)描電子顯微鏡圖像（打印在Klarite SERS基板上的硝酸銨含能材料的掃描(miao)電鏡圖像。放大倍(bei)數：(A) 46×、(B) 1562×、(C) 11,148×、(D) 29,682×）。該研究團隊的工作表明，使用噴墨打印係統，可以製造出可重複、均勻、光譜特征良好的樣品，用於危險檢測係統的評估。 在使用按需噴墨係統製備的樣品評估光學檢測技術時，必須訓練該技術以基於光譜特征檢測和識別材料的多種多晶態(tai)。研究團隊已經表明，在製備標準化樣品時，由於溶劑沉積和蒸發條件導致的分析物多態性是一個重要的考慮因素。將來，該研究團隊將研究與特定多晶態形成相關的物理條件，以及液滴沉積在其上的基板表麵的影響。
太陽能驅(qu)動的析氧是太陽能燃料發電機中可再生合成含氫和碳燃(ran)料的關鍵技術。需要新的光陽極材料來滿(man)足效率和穩定性要求，推動半導體材料的探(tan)索(suo)，具有（i）可見光譜中的帶隙能量和（ii）在從水中釋放氧氣所需的電化學電位下在水性電解質中穩定運行。受許多Mn基氧化物的析氧能力、幾種含Bi三元氧化物光陽極材料的存在以及將這些元素與Sm結合的各種已知氧化物材料的啟發，相關研究團隊探索了Bi-Mn-Sm氧化物係統以用於新的光陽極。通過在高通量(Jetlab 4噴墨打印係統)篩選中使用鐵(tie)/亞鐵氰化物氧化還原對，BiMn2O5及其與Sm的合金被確定為具有1.8eV近乎理想光學帶隙的光陽(yang)極材料。使用基於密度泛函理論的莫(mo)來石Bi3+Mn3+Mn4+O5相計算，研究人員確定了眾(zhong)所周知的BiVO4光陽極的電子類似(shi)物，並在從pH4.5到15的析氧能斯脫(tuo)電位之上展示了出色的普貝(bei)穩定性。實驗和計算表征表明，BiMn2O5是一種複雜的氧化物，具有成為高效、穩定的太陽能燃料光陽極所必需的光學和化學性質。
在噴墨打印多孔銀薄膜作為低溫固體氧化物燃料電池的陰極的研究中，相關研究人員報告(gao)了一種多孔銀(yin)薄膜陰極，該陰(yin)極通過簡單的噴墨打印（Jetlab 4）工藝製造，用於低溫固體氧化物燃料電池(chi)應用。在300-450°C下研究了噴墨打印銀陰極的電化學性能，並與通過典(dian)型濺(jian)射方法製造的銀陰極進行了比較。由於其多孔結構，噴墨打印的銀陰極顯示出較低的電化學阻抗，這促進了氧氣的氣體擴散和氧氣表麵吸附-解離反應。典型的濺射納米多孔銀陰極在操(cao)作後變得基本致密，並且由於缺乏氧氣供應而顯示出高阻抗。長(zhang)期燃料電池運(yun)行的結果表明，帶有噴墨打印陰極的電池在400°C下具有更穩定的電流輸出超過45小時。高燃料電池性能需要多孔銀陰極，而簡單的噴墨打印技術為這種具有所需熱形態穩定性的理想多孔結構提供了另一種製造方法。
