微滴喷射是一种非接触式的印刷方法,喷墨打印主要有三个关键步骤:一是液滴从喷墨系统里喷出来;二是液滴在飞行的时候形成;三是液滴滴在基板上之后相互作用。良好的稳定性和合理的流变学参数是决定打印能否成功的前提条件,不过液滴的形成是个非常复杂的过程,液滴要能稳定喷射,不仅和导电墨水的稳定性、粘度、表面张力有关,还和墨水密度、液滴喷射速度、喷嘴直径这些因素有关。导电墨水的pH值一般要求在7到12这个范围里,Zeta电位和pH值关系密切,而电气石自身的特性可以让溶液呈稍碱性,能改善导电墨水的Zeta电位,让导电墨水保持良好的分散状态,有助于延长它的保存时间。
Zhong等人在不同的密度、粘度和表面张力的情况下,对液滴的稳定性做了数值和实验分析,结果发现密度小、粘度大、表面张力大的油墨,卫星液滴的数量会减少,更有利于液滴稳定地滴落。粘度增大的话,导电墨水的内聚力会明显提高,不容易断裂形成卫星液滴,但是如果粘度过大,颗粒之间相互摩擦和粘滞力就会增大,喷射需要的压力也会变大,甚至可能堵塞喷口。表面张力增大的话,液滴断裂的时间会缩短,拖尾缩回到主液滴的时间也会减少,这样能更快地形成稳定液滴。随着电气石含量增加,导电墨水的表面张力是先下降然后趋于平稳,粘度则是先下降然后升高。
当电气石含量是0.2%(重量比)的时候,表面张力是31.3毫牛/米,粘度是9.7毫帕·秒,在表面张力和粘度共同作用下,墨滴的形貌能达到最佳状态,墨滴可以快速离开喷嘴,拖尾和卫星墨滴能迅速和主墨滴融合,形成稳定的墨滴。经过前面章节对电气石在微滴喷射打印过程中的影响研究,我们知道电气石对纳米银墨水的性能和墨滴喷射有一定的积极作用,所以我们把导电银墨水打印成导电银线路,来看看银线路的打印效果。
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