一种基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法技术

本发明专利技术涉及一种基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法，属于喷墨打印技术领域。解决了现有喷墨打印技术中，对于体积较大的基板，利用加热器加热的方式实施困难并且成本较高，不能实现更精准的优化纳米微粒分布的问题。本发明专利技术的喷墨打印沉积调控方法，先构建集成激光器和喷墨打印系统的沉积系统，然后调控喷墨打印的液滴，在目标靶面上进行喷墨打印，激光器的激光照射点和液滴的沉积点的相对位置小于等于0.5mm，最后对得到的沉积薄膜进行烧结，得到纳米微粒薄膜。本发明专利技术的方法，基于激光加热，能够精确的控制目标靶面温度分布、液滴的温度分布和液滴内部流动，进而控制微粒分布。布。布。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法


[0001]本专利技术属于喷墨打印
，具体涉及一种基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法。

技术介绍

[0002]喷墨打印沉积技术是一种高效、绿色的功能材料原位、快速、按需制造技术，因其具备核心设备体积小、控制简单方便、噪音低等优点，在医学、微电子、增材制造等领域应用广泛。喷墨打印沉积技术的原理是将功能材料制成纳米微粒并分散在有机溶剂中，通过喷头生成微尺度液滴并沉积在目标靶面上，液滴间交融形成连续线路，有机溶剂蒸干后得到纳米微粒薄膜(纳米微粒薄膜)。纳米微粒薄膜的沉积质量(沉积均匀程度等)主要受到有机溶剂蒸干过程中液滴内部流动造成的纳米微粒输运的影响，其中由毛细流造成的咖啡环效应是导致薄膜沉积质量变差的主要原因之一，近年来有许多研究都在利用各种方法削弱咖啡环效应的影响。
[0003]通过基板加热的方法能够一定程度上抑制咖啡环的形成，而最常用的喷墨打印目标靶面的加热方法是利用加热器对整个基板进行加热。然而，该方法要加热整个基板，对基板的承温能力具有很高的要求；而且对于体积较大的基板，该加热方式实施困难并且成本较高；除此之外，该加热方法无法根据液滴蒸发的需求灵活控制基板的温度梯度，进而无法对液滴蒸发过程内部流动进行灵活调控，不能实现更精准的纳米微粒分布的优化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法，该方法将激光器集成到喷墨打印设备中，采用激光局部加热目标靶面或直接加热液滴的方式生成需求的温度梯度，对喷墨打印纳米微粒薄膜沉积线路进行精准调控。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术的基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、构建沉积系统
[0008]所述沉积系统包括喷墨打印系统、激光系统、运动系统和控制系统；
[0009]喷墨打印系统包括喷头、压电陶瓷、可调正负压气源、墨水储液瓶和信号发生器，墨水储液瓶一端与可调正负压气源连接，另一端与喷头连接，压电陶瓷固定在喷头内，信号发生器连接压电陶瓷，可调正负压气源调节压力，使储存在墨水储液瓶中的喷墨打印墨水填充满喷头，信号发生器发送驱动脉冲信号给压电陶瓷，压电陶瓷发生形变挤压喷头中的喷墨打印墨水，产生液滴用于喷墨打印；激光系统包括激光器和透镜，透镜固定在激光器出射激光的光路上；运动系统包括夹紧机构和运动机构，夹紧机构固定在运动机构上，且在运动机构的带动下实现在X轴移动、Y轴移动、Z轴移动、X轴旋转和Y轴旋转五个自由度的运动，夹紧机构用于固定目标靶面；控制系统与压电陶瓷、激光器、透镜、运动系统均连接，控制系统通过实时调控压电陶瓷的驱动脉冲波形调控液滴，控制系统通过控制激光器和透镜控制
出射激光的输出功率和光斑大小；控制系统对运动系统发出控制指令，运动系统按照控制指令带动目标靶面实现运动；
[0010]步骤二、调控喷墨打印的液滴
[0011]将喷墨打印墨水置于墨水储液瓶中，控制器调控喷头内置压电陶瓷的驱动脉冲波形，使喷头生成稳定的液滴；
[0012]步骤三、喷墨打印
[0013]根据待制备的沉积图案进行喷墨打印，在目标靶面上形成沉积薄膜，打印过程中，通过控制系统控制运动系统运动，保证激光器的激光照射点和液滴的沉积点的相对位置小于等于0.5mm，通过控制系统控制激光器和透镜调控激光功率和光斑大小，使出射激光能够蒸干液滴中的有机溶剂且并不会烧蚀液滴中的纳米微粒；
[0014]步骤四、激光烧结沉积薄膜
[0015]通过控制系统调控激光器和透镜的激光功率和光斑大小，以与步骤三中喷墨打印时相同的出射激光轨迹，对步骤三制备的沉积薄膜进行激光烧结，得到纳米微粒薄膜。
[0016]进一步的，所述步骤一中，喷头的喷口的直径最小至40μm，最大至100μm。
[0017]进一步的，所述步骤二中，喷墨打印墨水通过以下方法制备：将功能材料均匀分散在有机溶剂中，得到喷墨打印墨水。
[0018]进一步的，采用超声分散的方式实现均匀分散。
[0019]进一步的，所述步骤三中，激光照射点在液滴沉积点后方0.5mm，当液滴沉积后，出射激光直接照射在液滴的表面，蒸干液滴中的有机溶剂。
[0020]进一步的，所述步骤三中，激光照射点在液滴沉积点前方0.5mm，出射激光先加热目标靶面，液滴沉积在加热后的目标靶面上后，利用目标靶面的热量使液滴中的有机溶剂蒸干。
[0021]进一步的，所述步骤三中，通过调控不同的激光功率按照打印线路进行打印，观察沉积薄膜中的纳米微粒在激光作用下的纳米微粒分布特性，当纳米微粒能够均匀的铺满整个打印线路时，此激光功率为能够蒸干液滴中的有机溶剂且并不会烧蚀液滴中的纳米微粒的出射激光。
[0022]本专利技术的原理是：本专利技术的基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法通过调整激光照射点和液滴沉积区域的相对位置，保证激光照射到目标靶面后，目标靶面形成中间温度高、向两边温度缓慢递减的温度分布，液滴沉积后在该温度分布的目标靶面下，调控内部流动并蒸干有机溶剂，最终得到微粒均匀沉积的纳米微粒薄膜，或者通过调整激光照射点和液滴沉积区域的相对位置，直接照射沉积后的液滴，调控液滴内部流动并蒸干有机溶剂，最终得到微粒均匀沉积的纳米微粒薄膜。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术提供的基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法，基于激光加热，能够精确的控制目标靶面温度分布、液滴的温度分布和液滴内部流动，进而控制纳米微粒分布。除此之外，因为激光只加热目标靶面的表面或液滴，因此能够解决大体积物体不好加热的问题，成本低。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例1的基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法制备的不同激光功率下的氧化铝纳米微粒薄膜的形貌；
[0027]图2为本专利技术实施例2的基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法制备的不同激光功率下的铜纳米微粒薄膜的形貌；
[0028]图3为本专利技术的基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法搭建的沉积系统的结构示意图；
[0029]图4，图3中的基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法搭建的沉积系统的坐标系的示意图；
[0030]图中，1、喷嘴，2、液滴，3、沉积薄膜，4、激光器，5、透镜，6、目标靶面，7、运动系统。
具体实施方式
[0031]为了进一步理解本专利技术，下面对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。
[0032]本专利技术的基于激光局部加热的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于激光局部加热的喷墨打印沉积调控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、构建沉积系统所述沉积系统包括喷墨打印系统、激光系统、运动系统(7)和控制系统；喷墨打印系统包括喷头(1)、压电陶瓷、可调正负压气源、墨水储液瓶和信号发生器，墨水储液瓶一端与可调正负压气源连接，另一端与喷头(1)连接，压电陶瓷固定在喷头(1)内，信号发生器连接压电陶瓷，可调正负压气源调节压力，使储存在墨水储液瓶中的喷墨打印墨水填充满喷头(1)，信号发生器发送驱动脉冲信号给压电陶瓷，压电陶瓷发生形变挤压喷头(1)中的喷墨打印墨水，产生液滴(2)用于喷墨打印；激光系统包括激光器(4)和透镜(5)，透镜(5)固定在激光器(4)出射激光的光路上；运动系统(7)包括夹紧机构和运动机构，夹紧机构固定在运动机构上，且在运动机构的带动下实现在X轴移动、Y轴移动、Z轴移动、X轴旋转和Y轴旋转五个自由度的运动，夹紧机构用于固定目标靶面(6)；控制系统与压电陶瓷、激光器(4)、透镜(5)、运动系统(7)均连接，控制系统通过实时调控压电陶瓷的驱动脉冲波形调控液滴(2)，控制系统通过控制激光器(4)和透镜(5)控制出射激光的输出功率和光斑大小；控制系统对运动系统(7)发出控制指令，运动系统(7)按照控制指令带动目标靶面(6)实现运动；步骤二、调控喷墨打印的液滴(2)将喷墨打印墨水置于墨水储液瓶中，控制器调控喷头(1)内置压电陶瓷的驱动脉冲波形，使喷头(1)生成稳定的液滴(2)；步骤三、喷墨打印根据待制备的沉积图案进行喷墨打印，在目标靶面(6)上形成沉积薄膜(3)，打印过程中，通过控制系统控制运动系统(7)运动，保证激光器(4)的激光照射点和液滴(2)的沉积点的相对位置小于等于0.5mm，通过控制系统控制激光器(4)和透镜(5)调控激光功率和光斑大小，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱璐，张梦森，朱剑琴，陶智，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：