Hoge resolutie elementen met behulp van twee modi van Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand en in de buurt van-veld Electrospinning
Summary
Hier presenteren we een protocol voor de productie van hoge-resolutie geleidende patronen, gemaakt van electrohydrodynamic (EHD) jet afdrukken. Het protocol bevat twee modi van EHD jet afdrukken: het continu in de buurt van-veld-electrospinning (NFES) en de dot-gebaseerde drop-on-demand (DOD) EHD afdrukken.
Abstract
Electrohydrodynamic (EHD) jet afdrukken heeft gewezen in diverse velden omdat het kan worden gebruikt als een instrument met een hoge resolutie en goedkope directe patronen. EHD afdrukken wordt een fluidic leverancier gebruikt om de geëxtrudeerde meniscus door het indrukken van de inkt uit het uiteinde van het mondstuk. Het elektrisch veld wordt vervolgens gebruikt om te trekken van de meniscus tot het substraat voor de productie van hoge-resolutie patronen. Twee modi van EHD afdrukken zijn gebruikt voor fijne patronen: continu in de buurt van veld electrospinning (NFES) en stip gebaseerde drop-on-demand (DOD) EHD afdrukken. Volgens de modus, zal de voorschriften voor de afdrukken apparatuur en inkt viscositeit verschillen. Hoewel de twee verschillende modi kunnen worden uitgevoerd met één EHD printer, verschillen de realisatie methoden aanzienlijk in termen van ink, fluidic systeem en drijvende spanning. Bijgevolg zonder een goed begrip van de jetting vereisten en beperkingen is het moeilijk om de gewenste resultaten te verkrijgen. Het doel van deze paper is te presenteren van een richtsnoer, zodat onervaren onderzoekers kunnen het verminderen van de inspanningen van de vallen en opstaan om de EHD jet gebruiken voor hun specifieke onderzoeks- en ontwikkelingsdoeleinden. Om aan te tonen de fine-patronen-uitvoering, gebruiken we Ag nanoparticle inkt voor de geleidende patronen in het protocol. Daarnaast presenteren we ook de veralgemeende afdrukken richtsnoeren die kunnen worden gebruikt voor andere soorten inkt voor diverse toepassingen, boete-patronen.
Introduction
EHD jet afdrukken wijd gebruikt in verschillende gebieden, zoals de gedrukte elektronica, biotechnologie en geavanceerde materiële toepassingen, omdat het in staat hoge resolutie en lage kosten direct patronen1is. De afgedrukte lijndikte of gedrukte puntgrootte kan worden teruggebracht tot 1 µm, die is aanzienlijk kleiner dan die van conventionele piezo gebaseerde inkjet afdrukken1.
EHD afdrukken in is een klein deel van de inkt (of meniscus) verdrongen van het uiteinde van het mondstuk en onderhouden door het beheersen van de stroom tarief1,2,3,4,5 of de positieve luchtdruk1 ,6,7. De geëxtrudeerde meniscus is opgeladen en kan gemakkelijk worden gesloopt vanaf het uiteinde van het mondstuk aan de ondergrond door een elektrisch veld, zoals aangegeven in Figuur 1. De conische meniscus wordt gevormd tijdens de jetting, produceren een veel dunner beeldscherm mogelijk dan de grootte van het mondstuk inkt-stream.
Figuur 1: EHD afdrukken. De figuur toont het subsidiariteitsbeginsel EHD jet afdrukken. Inkt via druk wordt geduwd en getrokken via een elektrisch veld om te vormen van een geëxtrudeerde meniscus van de verstuiver. Vervolgens kan de geladen inkt eenvoudig worden jetted aan het substraat via een DC of puls spanning. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Hoewel een enkele EHD printer kan worden gebruikt voor de twee verschillende modi, in de buurt van veld electrospinning (NFES) en drop-on-demand (DOD) EHD jet afdrukken, verschillen de realisatie methoden aanzienlijk in termen van ink, fluidic systeem en drijvende spanning1 , 2 , 3. NFES4,5 gebruikt bijvoorbeeld een relatief hoge-visceuze inkt [meer dan 1.000 centipoises (cP)] om te vormen van continue micro-lijnpatronen met hoge snelheid afdrukken tot 1 m/s. Aan de andere kant, DOD EHD jet afdrukken van6,7,8 gebruik laag-visceuse inkt met een viscositeit van rond 10 cP dot gebaseerde complexe patronen met een laag afdrukken afdrukken snelheid minder dan 10 mm/s.
Aangezien de vereiste voor elke toestand aanzienlijk verschilt, kan het zijn uitdagend voor onervaren onderzoekers om de gewenste resultaten te bereiken. De empirische “knowhow” misschien wel belangrijk in de praktijk. Om te wennen aan onderzoekers helpen de afdrukmethoden, presenteren we EHD protocollen voor fijne geleidende patronen met Ag nanoparticle inkt afdrukken. Echter we opmerkingen toegevoegd aan de protocollen zodat ze zijn niet beperkt tot een geleidende patronen Ag nanoparticle inkt gebruiken. Ten slotte, afdrukken en voorbereiding richtsnoeren worden gepresenteerd in de sectie discussie.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dit protocol, richten we ons op het afdrukken van fijne patronen met AgNP inkt met twee modi: DOD EHD afdrukken en NFES. De EHD-jet afdrukken van de toepassing is echter niet beperkt tot de geleidende inkt met behulp van AgNP. Hier bespreken we de algemene richtsnoeren voor de selectie van inkt, de configuratie van het systeem en andere afdrukparameters moest EHD jet afdrukken voor diverse toepassingen, boete-patroon gebruiken.
De eerste en belangrijkste stap voor EHD afdrukken is inktselec…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd ondersteund door de fundamentele wetenschap Research Program via de nationale onderzoek Stichting van Korea (NRF) van Korea, gefinancierd door het ministerie van onderwijs (2016R1D1A1B01006801), en slechts gedeeltelijk ondersteund door het Fonds voor het onderzoek van de Soonchunhyang Universiteit .
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).
