Høj opløsning mønster ved hjælp af to former for Electrohydrodynamic Jet: slip on Demand og i nærheden af feltet Electrospinning
Summary
Vi præsenterer her, en protokol for at producere høj opløsning ledende mønstre ved hjælp af electrohydrodynamic (EHD) jet trykning. Protokollen indeholder to former for EHD jet udskrivning: den kontinuerlige nær felt electrospinning (NFES) og dot-baserede drop-on-demand (DOD) EHD udskrivning.
Abstract
Electrohydrodynamic (EHD) jet udskrivning har henledt opmærksomheden på forskellige områder, fordi det kan bruges som en høj opløsning og lave omkostninger direkte mønster værktøj. EHD udskrivning bruger en fluidic leverandør til at opretholde den ekstruderede menisk ved at skubbe blæk ud af dysen tip. Det elektriske felt bruges derefter til at trække menisk ned til substrat til at producere høj opløsning mønstre. To former for EHD udskrivning har været brugt til fine mønstre: kontinuerlig nær felt electrospinning (NFES) og dot-baserede drop-on-demand (DOD) EHD udskrivning. Ifølge den udskrivning modes, vil kravene til trykning udstyr og blæk viskositeten variere. Selv om to forskellige tilstande kan gennemføres med en enkelt EHD printer, afviger realisering metoder væsentligt blæk, fluidic system og drivende spænding. Uden en ordentlig forståelse af jetting krav og begrænsninger, er det derfor vanskeligt at opnå de ønskede resultater. Formålet med dette oplæg er at præsentere en retningslinje, således at uerfarne forskere kan reducere trial and error bestræbelserne på at bruge for EHD jet til deres specifikke forsknings- og udviklingsformål. For at demonstrere bøde-mønstret gennemførelsen, bruger vi Ag nanopartikel blæk til den ledende mønstre i protokollen. Derudover præsenterer vi også de generaliserede udskrivning retningslinjer, der kan bruges til andre typer af blæk til forskellige programmer, fine-mønstre.
Introduction
EHD jet udskrivning har været meget anvendt i forskellige områder, såsom trykt elektronik, bioteknologi og avancerede materielle programmer, fordi den er habil i høj opløsning og billig direct mønster1. Trykte linjebredde eller trykte dot størrelse kunne reduceres til 1 µm, hvilket er betydeligt mindre end for konventionelle piezo-baserede inkjet udskrivning1.
I EHD udskrivning, er en lille del af blæk (eller menisk) skubbet ud af dysen tip og vedligeholdes ved at kontrollere flow sats1,2,3,4,5 eller positive lufttrykket1 ,6,7. Den ekstruderede menisk er opladet og kan nemt trækkes fra dysen tip til substratet af et elektrisk felt, som vist i figur 1. Den koniske menisk er dannet under jetting, producerer en blæk stream meget tyndere end den dyse størrelse.
Figur 1: EHD udskrivning. Figur viser princippet for EHD jet trykning. Blæk er skubbet via pres og trukket via et elektrisk felt for at danne en ekstruderet menisk fra dysen. Derefter kan de ladede blæk nemt paspolerede substrat via en DC eller puls spænding. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Selv om en enkelt EHD printer kan bruges til to forskellige modes, nær felt electrospinning (NFES) og drop-on-demand (DOD) EHD jet trykning, afviger realisering metoder væsentligt blæk, fluidic system og drivende spænding1 , 2 , 3. NFES4,5 bruger For eksempel en relativt høj-tyktflydende blæk [mere end 1.000 centipoises (cP)] til at danne sammenhængende mikro-stregmønstre med hurtig udskrivning op til 1 m/s. På den anden side DOD EHD jet trykning6,7,8 bruger lav-viskøs blæk med en viskositet på omkring 10 cP til at udskrive dot-baserede komplekse mønstre med en lav udskrivning hastighed mindre end 10 mm/s.
Da kravet om, at hver tilstand er væsentligt forskellige, kan det være udfordrende for uerfarne forskere til at opnå de ønskede resultater. Den empiriske “knowhow” kunne være af betydning i praksis. For at hjælpe forskere med at vænne sig til udskrivningsmetoder, præsenterer vi EHD udskrivning protokoller for fine ledende mønstre ved hjælp af Ag nanopartikel blæk. Dog tilføjet vi kommentarer til protokollerne, således at de ikke er begrænset til en ledende mønstre ved hjælp af Ag nanopartikel blæk. Endelig er udskrivning og forberedelse retningslinjer præsenteret i afsnittet diskussion.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne protokol, vi fokuserer på udskrivning af fine mønstre ved hjælp af AgNP blæk med to tilstande: DOD EHD udskrivning og NFES. For EHD jet udskrivning overførelse er imidlertid ikke begrænset til de ledende blæk ved hjælp af AgNP. Her diskuterer vi de generelle retningslinjer for udvælgelsen af blæk, systemkonfigurationen og andre udskriftsparametre skulle bruge EHD jet udskrivning til forskellige programmer, fine-mønster.
Det første og vigtigste skridt for EHD udskrivning er …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskning blev støttet af den grundlæggende videnskab forskningsprogram gennem National Research Foundation af Korea (NRF) af Korea, finansieret af Undervisningsministeriet (2016R1D1A1B01006801), og delvist støttet af forskningsfonden Soonchunhyang Universitet .
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).
