[发明专利]一种电流体直写喷嘴和控制方法

说明书

本发明公开了一种电流体直写喷嘴，包括墨液供给单元、墨液进口、中部喷嘴层、拉伸电极层、电压发生器、喷嘴延伸层、射流保护层、荷电层、下部喷嘴、屏蔽层和斜视观测相机，下部喷嘴内壁设置有抑制电极阵列，还公开了一种电流体直写喷嘴的控制方法，本发明实现射流直写过程中的高精度控制，保证结构的均匀和喷射的稳定。

技术领域

本发明属于微纳米结构制造电喷印领域，更具体涉及一种电流体直写喷嘴，还涉及一种电流体直写喷嘴的控制方法。

背景技术

随着柔性电子设计和制造的兴起，功能聚合物材料、纳米材料等具有特殊的导电性、延展性、化学性质的新兴材料，在柔性纹身、智能蒙皮等显示出了极大的应用潜力。但由于其不同于传统的微纳米硅基材料，传统的微纳米制造工艺，如光刻、微铸等会损坏材料的属性，而这些材料容易配置成溶液，因此溶液化制造微纳米结构成为新的研究领域。

溶液化制造中，传统的喷墨打印技术具有很大潜力。传统的按需喷印方法属于能量法，采用压电或超声或热气泡作为驱动源，通过挤压墨腔产生液滴，一般液滴直径是喷嘴的1.86倍，因此液滴尺寸与喷嘴尺寸联系紧密，而且对于高粘度溶液容易能量不足，容易在液滴产生时液滴惯性不足，无法断裂。相比之下，电流体动力喷印通过电场力将溶液拉出，产生泰勒锥，锥尖形成细小的射流，一般可以达到微米甚至纳米级别。连续的电流体动力喷印如果在空间较大时会产生“鞭动”等不稳定现象，无法在高定位精度要求的场合应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种电流体直写喷嘴，还提供了一种电流体直写喷嘴的控制方法。实现射流直写过程中的高精度控制，保证结构的均匀和喷射的稳定。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电流体直写喷嘴，包括墨液供给单元，还包括墨液进口，墨液进口的上部与墨液供给单元连接，墨液进口的下端与中部喷嘴层的上端连接，中部喷嘴层的下端与拉伸电极层的上端连接，墨液进口的外部和拉伸电极层的外部分别与电压发生器的供电电压的正极和电气地连接，拉伸电极层的下端与喷嘴延伸层的上端连接，喷嘴延伸层下端和射流保护层的上端之间键合荷电层，荷电层外部连接电压发生器，荷电层为圆盘状且中心有开设有射流圆过孔，射流保护层下端和下部喷嘴的上端之间键合屏蔽层，屏蔽层中心开设有射流圆过孔，下部喷嘴内壁设置有抑制电极阵列，屏蔽层连接大地，抑制电极阵列包括在若干对中心对称设置的抑制电极，还包括用于获得下部喷嘴出射的射流在基板上的俯视投影直线、偏转距离和偏转方向的斜视观测相机。

如上所述的墨液进口、中部喷嘴层、拉伸电极层、喷嘴延伸层、射流保护层、下部喷嘴均为直管状。

一种电流体直写喷嘴控制方法，包括以下步骤：

步骤1、斜视观测相机拍摄射流斜视投影图，将射流俯视投影图转换为射流俯视投影图，根据射流俯视投影图获得射流投影到基板上的射流俯视投影直线、射流偏转距离和射流偏转方向，

步骤2、每对抑制电极在基板上的投影的中心的连线的方向为抑制电极方向，确定与偏转方向相邻的两个抑制电极方向对应的两对抑制电极，根据射流偏转距离和射流偏转方向获得反方向补偿电场的大小和反方向补偿电场的方向，然后采用平行四边形法将反方向补偿电场换算为上述两对抑制电极的补偿供电电压的大小，给上述两对中心对称的抑制电极加载补偿供电电压。

还包括直线打印步骤：

建立XYZ坐标系，XYZ坐标系中，X轴和Y轴所在平面为基板所在平面，Z轴垂直于XY平面，

在直线打印过程中，打印的直线的各个点P_i的坐标为(X_i、Y_i、Z_i)，X_i＝vtcosθ，Y_i＝vtsinθ，Z_i＝0，其中v为喷嘴相对基板运动的速度，t为喷嘴运动的时间，θ为x轴和射流俯视投影直线的夹角，i为序号，