Høyoppløselig mønstre ved hjelp av to driftsmoduser Electrohydrodynamic Jet: slipp på etterspørsel og nær-feltet Electrospinning
Summary
Her presenterer vi en protokoll for å produsere høy oppløsning ledende mønstre ved hjelp av electrohydrodynamic (EHD) jet utskrift. Protokollen inkluderer to driftsmoduser EHD jet utskrift: kontinuerlig nær-feltet electrospinning (NFES) og dot-baserte drop-on-demand (DOD) EHD utskrift.
Abstract
Electrohydrodynamic (EHD) jet utskrift har trukket oppmerksomheten i ulike feltene fordi den kan brukes som et verktøy for høy oppløsning og rimelig direkte mønstre. EHD bruker en fluidic leverandør for å opprettholde den ekstruderte meniscus ved å skyve blekk av dysen spissen. Det elektriske feltet brukes deretter til å trekke meniscus til underlaget å produsere høy oppløsning mønstre. To moduser av EHD utskrift er brukt for fine mønstre: kontinuerlig nær-feltet electrospinning (NFES) og dot-baserte drop-on-demand (DOD) EHD utskrift. Ifølge utskriftsmodus varierer kravene for utskrift utstyr og blekk viskositeten. Selv om to forskjellige moduser implementeres med en enkelt EHD skriver, forskjellige metodene realisering betydelig når det gjelder blekk, fluidic system og kjøring spenning. Derfor uten en riktig forståelse av spyling kravene og begrensningene er det vanskelig å få de ønskede resultatene. Formålet med denne utredningen er å presentere en retningslinje slik at uerfarne forskere kan redusere arbeidet med prøving og feiling å bruke EHD jet for deres spesifikke forskning og utvikling. For å demonstrere fine-mønstre gjennomføringen, bruker vi Ag hydrogenion blekk for den ledende mønstre i protokollen. I tillegg presenterer vi også generalisert utskrift retningslinjene som kan brukes for andre typer blekk for ulike fine-mønstre programmer.
Introduction
EHD jet utskrift har vært mye brukt i ulike områder, som trykte elektronikk, bioteknologi og avanserte materiale programmer, fordi det er i stand til høy oppløsning og rimelig direkte mønstre1. Utskrevne linjebredden eller trykte prikk-størrelse kan bli redusert til 1 µm, slik som er betydelig mindre enn konvensjonelle piezo-baserte blekkskrivere skriver ut1.
EHD utskrift, er en liten del av blekk (eller menisk) skjøvet ut av munnstykket spissen og vedlikeholdt ved å kontrollere den flow rate1,2,3,4,5 eller positive lufttrykket1 ,6,7. Den ekstruderte meniscus belastes og kan lett bli trukket fra munnstykket spissen til underlaget av et elektrisk felt, som vist i figur 1. Den koniske meniscus dannes under spyling, produsere en blekk strøm mye tynnere enn munnstykket.
Figur 1: EHD utskrift. Figuren viser prinsippet om EHD jet utskrift. Blekk er skjøvet via presset og trakk via et elektrisk felt for å danne en ekstrudert menisk fra munnstykket. Deretter kan belastes blekket lett jetted substrat via en DC eller puls spenning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Selv om en enkelt EHD skriver kan brukes for to forskjellige moduser, nær-feltet electrospinning (NFES) og drop-on-demand (DOD) EHD jet utskrift metodene realisering avviker seg betydelig i blekk, fluidic systemet og kjøring spenning1 , 2 , 3. NFES4,5 bruker For eksempel en relativt høy-flytende blekk [mer enn 1000 centipoises (cP)] til kontinuerlig mikro-linjemønstre med høyhastighets utskrift opptil 1 m/s. På den annen side, DOD EHD jet utskrift6,7,8 bruker lav-flytende blekk med en viskositet på rundt 10 cP skrive dot-baserte komplekse mønstre med en lav utskrift hastighet 10 mm/s.
Siden behovet for hver modus er signifikant forskjellig, kan det være utfordrende for uerfarne forskere å oppnå de ønskede resultatene. Den empiriske “know-how” kan være viktige i praksis. For å hjelpe forskerne å venne seg til utskriftsmetoder, presenterer vi EHD utskrift protokoller for fine ledende mønstre med Ag hydrogenion blekk. Men lagt vi kommentarer til protokoller slik at de ikke er begrenset til en ledende mønstre med Ag hydrogenion blekk. Endelig presenteres utskrift og forberedelse retningslinjer under diskusjon.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne protokollen, fokuserer vi på utskrift fine mønstre med AgNP blekk med to moduser: DOD EHD utskrift og NFES. EHD jet utskrift programmet er imidlertid ikke begrenset til ledende blekket bruker AgNP. Her vil vi diskutere de generelle retningslinjene for valg av blekk, systemkonfigurasjonen og andre utskriftsparametrene for å bruke EHD jet utskrift for ulike fine-mønster programmer.
Det første og viktigste trinnet EHD utskrift er håndskriftutvalget og forberedelser. På blekket som …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskningen ble støttet av grunnleggende vitenskap forskningsprogrammet gjennom National Research Foundation av Korea (NRF) i Korea, finansiert av departementet for utdanning (2016R1D1A1B01006801), og støttes delvis av den Soonchunhyang University Research Fund .
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).
