С высоким разрешением, структурирования использованием два режима струи Электрогидродинамическое: падение спроса и Electrospinning ближнего поля
Summary
Здесь мы представляем протокол производить разрешением проводящих шаблоны, с помощью Электрогидродинамическое (ЭГД) Джет печать. Протокол включает в себя два режима печати ЭГД струи: непрерывное electrospinning ближнего поля (НФПП) и точка-печать на основе использования падение по требованию (DOD) ЭГД.
Abstract
Электрогидродинамическое (ЭГД) Джет печать обратил внимание в различных областях потому, что он может использоваться как инструмент с высоким разрешением и лоу кост прямой кучность. ЭГД печати использует аэрогидродинамических поставщиком для поддержания экструдированные мениска, нажав чернила из кончик насадки. Электрическое поле затем используется для тянуть мениска вплоть до подложки для производства с высоким разрешением модели. Два режима печати ЭГД были использованы для тонкой патронирования: непрерывное electrospinning ближнего поля (НФПП) и точка падение по требованию (DOD) ЭГД печать. По словам режимы печати будет отличаться требования к печати оборудования и чернила вязкость. Даже несмотря на то, что два различных режима может быть реализована на одном принтере ЭГД, методы реализации значительно различаются с точки зрения чернил, оптимизированных системы и вождения напряжения. Следовательно без надлежащего понимания кумулятивного требования и ограничения, трудно получить желаемые результаты. Цель данного документа – представить ориентиром так что неопытных исследователи могут уменьшить проб и ошибок попытки использовать ЭГД jet для их конкретных исследований и целей развития. Чтобы продемонстрировать реализацию штраф кучность, мы используем Ag наночастицы чернил для проводящих патронирования в протоколе. Кроме того мы также представляем обобщенных печати руководящие принципы, которые могут использоваться для других видов чернил для различных приложений, штраф кучность.
Introduction
ЭГД Джет печать широко используется в различных областях, таких, как Печатная электроника, биотехнология и передовых материалов приложений, потому что он способен с высоким разрешением и лоу кост прямого кучность1. Ширину печатной линии или размер печатной точка может быть сокращено до 1 мкм, которая значительно меньше, чем у обычных пьезо основе струйной печати1.
В печати ЭГД, небольшая часть чернил (или мениска) вытеснены кончик насадки и поддерживается контроля потока скорость1,2,3,,45 или положительное давление воздуха1 6, ,7. Экструдированные мениска начисляется и может легко быть снесены от носка сопла к подложке путем электрического поля, как показано на рисунке 1. Конические мениска формируется в струйное, производит поток чернил, гораздо тоньше, чем размер сопла.
Рисунок 1: печать ЭГД. На рисунке показан принцип ЭГД струйных печати. Чернил выталкивается через давление и вытащил через электрическое поле в форме прессованных мениска от сопла. Затем заряженных чернила можно легко летают в субстрат через DC или импульсного напряжения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Несмотря на то, что на одном принтере ЭГД может использоваться для двух различных режимах, рядом с полем electrospinning (НФПП) и падение по требованию (DOD) ЭГД Джет печать, методы реализации значительно различаются с точки зрения чернил, оптимизированных системы и вождения напряжения1 , 2 , 3. Например, НФПП4,5 использует относительно высоковязких чернила [более чем 1000 СП (cP)] сформировать непрерывный микро линии моделей с высокоскоростной печати до 1 м/сек. С другой стороны DOD EHD струйных печати6,,78 использует-низковязкое чернил с вязкостью около 10 cP для печати на основе точка сложные шаблоны с низкой печати скорость меньше чем 10 мм/сек.
Поскольку требование для каждого режима значительно отличается, она может быть сложной задачей для неопытных исследователей для достижения желаемых результатов. Эмпирических «ноу-хау» может быть важно на практике. Чтобы помочь исследователям получить используется для методов печати, мы представляем ЭГД печать протоколов для тонкой проводящих патронирования, с использованием Ag наночастицы чернил. Однако мы добавили комментарии к протоколам, так что они не ограничены для проводящих патронирования, с использованием Ag наночастицы чернил. Наконец печати и подготовка руководства представлены в разделе обсуждения.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом протоколе, мы ориентируемся на печать изысканные узоры с использованием чернил ССПС с двумя режимами: DOD ЭГД печати и НФПП. Однако ЭГД Джет печать приложения не ограничивается проводящие чернила, используя ССПС. Здесь мы будем обсуждать общие руководящие принципы для отбора черн?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование был поддержан базовой программы исследований науки через национальных исследований фонда из Кореи (NRF) Кореи, финансируемого министерством образования (2016R1D1A1B01006801) и частично поддержаны Фондом исследований университета Soonchunhyang .
Materials
| EHD integrated printing system | Psolution Ltd., South Korea | PS300 | |
| Harima Ag Nanoparticle ink | Harima Inc., Japan | Harima NPS-JL | Ag solid content: ~ 53 wt%, Viscosity: ~10 cP, Surface tension: ~30 mN/m |
| Glass capillary | Narishige Scientific Instrument Lab | G-1 | Inner diameter: 1 mm; Used to make nozzle for DOD EHD jet printing using thermal puller |
| Nozzle thermal puller | Sutter Instrument, USA | Sutter P-1000 | |
| Microscope Slides (Glass subtrate) | Paul-Marienfeld & Co.KG, Germany | 10 006 12 | Dimension (L x W x T): 76 mm x 26 mm x 1 mm |
| Magnetic Stirrer | Barnstead Thermolyne Corp., USA | Cimarec SP131635 | |
| Vortex Stirrer | Jeiotech, South Korea | Lab Companion VM-96T | |
| Ag nanopaste | NPK, South Korea | ES-R001 | Ag solid content: ~85.5 wt%, Viscosity: ~11000 cP |
| Poly ethylene oxide (PEO) | Sigma-Aldrich, USA | 372773-500G | Mw = 400000 |
| Ethanol | Sigma-Aldrich, USA | 459836-500ML |
References
- Onses, M. S., Sutanto, E., Ferreira, P. M., Alleyne, A. G., Rogers, J. A. Mechanisms, Capabilities, and Applications of High-Resolution Electrohydrodynamic Jet Printing. Small. 11 (34), 4237-4266 (2015).
- Jaworek, A., Krupa, A. Classification of the modes of EHD spraying. Journal of Aerosol Science. 30 (93), 873-893 (1999).
- Lee, A., Jin, H., Dang, H. W., Choi, K. H., Ahn, K. H. Optimization of experimental parameters to determine the jetting regimes in electrohydrodynamic printing. Langmuir. 29 (44), 13630-13639 (2013).
- Sun, D., Chang, C., Li, S., Lin, L. Near-field electrospinning. Nano Letters. 6 (4), 839-842 (2006).
- Pan, C. -. T., Tsai, K. -. C., Wang, S. -. Y., Yen, C. -. K., Lin, Y. -. L. Large-Area Piezoelectric PVDF Fibers Fabricated by Near-Field Electrospinning with Multi-Spinneret Structures. Micromachines. 8 (4), (2017).
- Mishra, S., Barton, K. L., Alleyne, A. G., Ferreira, P. M., Rogers, J. A. High-speed and drop-on-demand printing with a pulsed electrohydrodynamic jet. Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (9), (2010).
- Kwon, K. S., Lee, D. Y. Investigation of pulse voltage shape effects on electrohydrodynamic jets using a vision measurement technique. Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (6), (2013).
- Chen, C. H., Saville, D. A., Aksay, I. A. Scaling laws for pulsed electrohydrodynamic drop formation. Applied Physics Letters. 89, (2006).
- Sung, K., Lee, C. S. Factors influencing liquid breakup in electrohydrodynamic atomization. Journal of Applied Physics. 96 (7), 3956-3961 (2004).
- Kim, J. H., Oh, H. C., Kim, S. S. Electrohydrodynamic drop-on-demand patterning in pulsed cone-jet mode at various frequencies. Journal of Aerosol Science. 39 (9), 819-825 (2007).
- Phung, T. H., Kim, S., Kwon, K. S. A high speed electrohydrodynamic (EHD) jet printing method for line printing. Journal of Micromechanics and Microengineering. 27, (2017).
- Teo, W. E., Ramakrishna, S. A review on electrospinning design and nano fiber assemblies. Nanotechnology. 17, R89-R106 (2006).
- Tang, Y., et al. Highly relective nanofiber films based on electrospinning and their application on color uniformity and luminous efficacy. Optics Express. 25, 20598-20611 (2017).
- Huebner, G., Zapka, W. Comparing inkjet with other printing processes and mainly screen printing. Handbook of Industrial Inkjet Printing – A Full System Approach. 1, 7-22 (2018).
- Li, M., et al. Electrospun protein fibers as matrices for tissue engineering. Biomaterials. 26, 5999-6008 (2005).
- Bhardwaj, N., Kundu, C. S. Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique. Biotechnology Advances. 28, 325-347 (2010).
- He, X., et al. Near-Field Electrospinning: Progress and Applications. The Journal of Physical Chemistry C. 121, 8663-8678 (2017).
- Yang, T. L., et al. Synthesis and fabrication of silver nanowires embedded in PVP fibers by near-field electrospinning process. Optical Materials. 39, 118-124 (2015).
- Chang, C., Limkrailassiri, K., Lin, L. Continuous near-field electrospinning for large area deposition of orderly nanofiber patterns. Applied Physics Letters. 93 (12), (2008).
