實驗名稱：基于EHD電噴的柔性壓力傳感器制備技術(shù)研究

研究方向：EHD電噴技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種微納尺度的新型3D打印技術(shù)，因其打印精度高、設(shè)備操作簡單、材料來源廣泛以及成本低等特點受到廣泛關(guān)注，在柔性電子、生物醫(yī)療和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

實驗?zāi)康模捍罱ㄒ惶赘叻直媛孰妵娪∪S工作實驗平臺，首先在載玻片上進(jìn)行實驗驗證理論與數(shù)值模擬的正確性，然后在PET膜上實驗研究不同工藝參數(shù)（電壓、氣壓、噴印速度）對噴印納米銀導(dǎo)電墨水成型性能的影響規(guī)律。

測試設(shè)備：高壓放大器、任意波形信號發(fā)生器、高精度智能電壓表、開關(guān)電源等。

圖：EHD電噴實驗平臺系統(tǒng)框圖

實驗過程：

圖：EHD電噴實驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖

搭建三維運動控制系統(tǒng)，使用高壓放大器、任意波形信號發(fā)生器、高精度智能電壓表、開關(guān)電源等搭建電壓控制系統(tǒng)，使用噴嘴和儲料筒搭建供液系統(tǒng)，使用隔膜真空泵、氣壓控制器、氣管和點膠適配管搭建氣動系統(tǒng)，最后使用USB電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡搭建圖像采集系統(tǒng)。

實驗步驟如下：

（1）將點膠針頭安裝在膠筒上，然后使用注射器將納米銀導(dǎo)電墨水注射于膠筒中。

（2）通過上位機(jī)控制界面調(diào)節(jié)三維運動平臺Z軸高度，使導(dǎo)電噴嘴與接收基板之間的距離為0.5mm。

（3）連接氣管與點膠適配管，打開隔膜真空泵和氣壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)氣壓至所需第4章EHD電噴實驗平臺搭建與測試36氣壓，等待氣壓穩(wěn)定。

（4）將電壓控制系統(tǒng)的電壓輸出端與點膠噴嘴相連，確保線路連接可靠，打印平臺接地良好，點膠噴嘴遠(yuǎn)離金屬器材，保證不受外界環(huán)境干擾。

（5）將USB電子顯微鏡與上位機(jī)連接，調(diào)整顯微鏡距離保證能清晰觀察噴嘴處畫面。

（6）打開電壓控制系統(tǒng)儀表箱的品字電源開關(guān)，然后依次打開面板上的開關(guān)按鈕、任意波形信號發(fā)生器開關(guān)與旋鈕開關(guān)，設(shè)置任意波形信號發(fā)生器的輸出波形并輸出。

（7）將沉積有納米銀墨水的接收基板放在干燥箱中140℃下加熱30min，觀察沉積狀態(tài)。

設(shè)置如下的實驗工藝參數(shù)：導(dǎo)電噴嘴與PET距離0.5mm，交流脈沖電壓的幅值為1300V、頻率為500Hz、占空比為50%，施加的氣壓為8mmHg。圖3所示為在噴印速度為4mm/s、8mm/s、12mm/s、16mm/s、20mm/s、24mm/s、28mm/s下打印導(dǎo)線的對比圖。下圖4所示為導(dǎo)線線寬與噴印速度關(guān)系的點線圖。

圖3：不同噴印速度打印導(dǎo)線對比圖

圖4：導(dǎo)線線寬與噴印速度關(guān)系的點線圖

實驗結(jié)果：

設(shè)計并搭建了高分辨率電噴印三維工作實驗平臺，介紹了各系統(tǒng)所需要的實驗設(shè)備及接線方式。所搭建的實驗平臺具有較高的運動精度為0.05mm，X、Y、Z軸的有效行程分別為30cm、30cm、20cm。通過在載玻片上噴印納米銀導(dǎo)電墨水，研究了直流電壓和氣壓對錐射流形態(tài)的影響，得出了與理論分析和仿真結(jié)果相同的結(jié)論。通過在PET膜上電噴印納米銀導(dǎo)電墨水，研究了噴印電壓、噴印氣壓以及噴印速度對打印圖形的影響和規(guī)律，最終得出了一組最佳工藝參數(shù)為交流脈沖電壓的幅值1300V、頻率500Hz、占空比50%，氣壓8mmHg，噴印速度24mm/s，在這組工藝參數(shù)下噴印的納米銀導(dǎo)線線寬最小為100μm。

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圖：ATA-7020高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇