パターン化する電気流体力学的ジェットの 2 つのモードを使用して高解像度: 需要と近傍電界紡糸ドロップ
Summary
ここでは、電気流体力学的 (EHD) ジェット印刷を使用して高解像度の導電性パターンを生成するためのプロトコルを提案する.プロトコルには、EHD ジェット印刷の 2 つのモードが含まれています: 連続近傍電界紡糸 (NFES) およびドロップ ・ オン ・ デマンド (DOD) EHD のドットを利用した印刷です。
Abstract
高解像度で低コストの直接パターニング ツールとして使用できるため、電気流体力学的 (EHD) ジェット印刷は様々 な分野で注目を集めています。EHD 印刷は、ノズルの先端からインクを押して押し出しのメニスカスを維持するために流体のサプライヤーを使用します。高解像度のパターンを生成する基板にメニスカスをプルする電界が生成されます。ファインパターン用 EHD 印刷の 2 つのモードが使用されている: 連続近傍電界紡糸 (NFES) とドット ドロップ オンデマンド (DOD) EHD 印刷。印刷モードに従って印刷装置とインクの粘度のための要件が異なります。にもかかわらず、2 つのモードは、単一の EHD プリンターで実装できる、実現方法のインク、流体システムおよび駆動電圧の点で異なります。その結果、噴射の要件と制限事項の適切な理解、なし、目的の結果を得ることが困難です。本稿の目的は、経験の浅い研究者は彼らの特定の研究と開発を目的に EHD ジェットを使用する試行錯誤の努力を減らすことができますので、ガイドラインを提示することです。微細加工の実装を示すために、プロトコルの導電性パターン形成の Ag ナノ粒子インクを使用します。さらに、他の種類の様々 な微細加工アプリケーションでのインクの使用ことができます一般的な印刷ガイドラインを提案する.
Introduction
EHD ジェット印刷は、高解像度・低コストの直接パターニング1対応しているので、プリンテッド ・ エレクトロニクス、バイオ テクノロジー、高度な材料用途など、様々 な分野で広く使用されています。印刷される線の太さや印刷ドット サイズ縮小できる 1 μ m、従来圧電ベース インク ジェット印刷の1より大幅に小さいであります。
EHD 印刷インク (またはメニスカス) の小さい部分はノズル先端のプッシュやフロー率1,2,3,4,5または肯定的な空気圧1 を制御することによって維持されます。 ,6,7。押出成形のメニスカス充電して、おろすことが簡単にできるノズル先端から基板に電界、図 1に示すように。ノズルのサイズよりも薄く、インク ストリームを生成、ジェッティングの間に円錐形のメニスカスを形成する場合は。
図 1: EHD 印刷します。EHD ジェット印刷の原理を図に示します。インクが経由で圧力に押されて、ノズルから押し出された半月板を形成する電界を介して引っ張った。その後、基板を介してDC またはパルス電圧に荷電のインクを簡単にジェットバスできます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
にもかかわらず、単一の EHD プリンターは、2 つの異なるモード、近傍電界紡糸 (NFES) ドロップ オンデマンド (DOD) EHD ジェット印刷に使用できますが、実現方法のインク、流体システムおよび駆動電圧1点で異なる,2,3. NFES4、5が比較的高粘度のインクを使用するたとえば、[以上 1,000 centipoises (cP)] 最大 1 m/秒の高速印刷と連続マイクロ ライン パターンを形成します。その一方で、低印刷と複雑なドット パターンを印刷する国防総省 EHD ジェット印刷6,7,8使用低粘度インキの粘度約 10 cP 速度未満 10 mm/s です。
各モードの要件は大幅に異なるため、目的の結果を達成するために経験の浅い研究者にとって困難な場合があります。実証的な「ノウハウ」が重要な実践であります。研究者に慣れるため印刷の方法を提案する EHD Ag ナノ粒子インクを用いた導電性ファインパターン用プロトコルを印刷します。ただし、彼らは Ag のナノ粒子インクを用いた導電性パターン形成に限定されないので、プロトコルにコメントとして追加。最後に、印刷と準備のガイドラインの説明に掲載されています。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルで AgNP インクを使用して 2 つのモードで微細なパターンを印刷に着目: 国防総省 EHD 印刷と NFES。ただし、アプリケーションを印刷 EHD ジェットは AgNP を用いた導電性インクに限定ではありません。ここでは、インク、システム構成、およびさまざまな微細パターン用 EHD ジェットを使用するために必要な他の印刷パラメーターの選択のための一般的なガイドラインを説明します…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は基本的な科学研究プログラムを通じて国立研究財団の韓国 (NRF) 文部省 (2016R1D1A1B01006801) によって資金を供給、韓国でサポートされ、順天郷大学研究基金で部分的にサポートされています。.
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 |
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