[发明专利]强触变性墨水的一种高通量筛选方法

说明书

本发明公开了强触变性墨水的一种高通量筛选方法。通过非接触式喷墨点胶机对一系列组成不同的墨水进行大范围工艺参数点胶工艺的喷射，得到相应的墨水单点样品库，再根据单点样品库形貌和点胶机打印状态判断墨水打印适性和沉降稳定性，达到对强触变性墨水进行高通量筛选的目的。本发明筛选流程简单，仅需要使用非接触式点胶机，可以在短时间内筛选大量不同组成的强触变性墨水，获得强触变性墨水组成的最佳区间，与传统的流变、表面张力、沉降测试方法相比，具有测试时间短，所需样品量少，可直接表征墨水在喷射时高剪切条件下的性能等优点。

技术领域

本发明属于喷墨打印和材料基因组技术领域，具体涉及强触变性墨水的一种高通量筛选方法。

背景技术

喷墨基3D打印技术是最有前途的增材制造技术之一，不仅仅应用于传统的结构材料中，也越来越多地用于开发功能材料，如感应RFID标签、光伏太阳能电池、OLED显示器件、热电材料等等。然而，新型墨水的开发却相对缓慢，制约了喷墨基3D打印技术的广泛应用。

喷墨打印墨水的开发周期过长主要有以下两方面原因：一方面是由于墨水组成中需调控参数多，因此需要测试的样品数量多；另一方面是在传统的测试方法需要样品液量多(样品制备时间长)，单次测试时间长，无法并行测试等因素的共同作用下，导致总测试时间长。根据材料基因组计划的思想，可以通过高通量筛选的方法在短时间内筛选大量样本，可以有效缩短材料从研发到应用的周期。而如果使用高通量筛选的方法筛选墨水组成，筛选过程中仅需要少量墨水，测试时间短，可以一次性测试多个样品，能极大加快新型墨水的开发速度。

然而，并不是所有墨水都有相应的高通量筛选方案。对于紫外光固化墨水、金属有机前驱物(MOD)墨水这类无固相颗粒的墨水，仅需要测试并计算墨水的打印适性z值。z值可以用以下公式表示：

其中，ρ为墨水密度，r为打印头喷嘴直径，γ为墨水表面张力，μ为墨水粘度。Zhou等(doi：10.1016/j.addma.2019.100792)采用集成粘度测试、表面张力测试等高通量测试部件的一体化液体处理站完成了紫外光固化墨水的高通量筛选，可以在13.1个工作小时内完成96个墨水组成的筛选，相较传统方法快15倍。

但是，对于悬浮液墨水这类含有固相颗粒的喷墨打印墨水，不仅需要考虑墨水的打印适性，更需要关注墨水的沉降稳定性，例如墨水中的固相颗粒是否存在团聚、沉降等不稳定现象。针对悬浮液墨水的打印适性、沉降稳定性同时进行筛选的高通量筛选方法至今仍未见报道。

尤其是对于强触变性墨水(如公布号CN 111662589 A所公开的一种强触变性喷墨打印墨水及其制备方法)而言，不同于传统的悬浮液墨水，建立相应的高通量筛选方法至少有以下几个方面的困难：

(1)墨水特性：强触变性墨水具有很强的触变性，即低剪切条件下具有高粘度，高剪切条件下具有低粘度，传统的高通量方法无法模拟墨水喷射时的高剪切条件；

(2)仪器设备：采用传统的压电式喷墨打印机，可以直接表现墨水在喷射条件下的打印适性和沉降稳定性，但是采用一般的压电式喷墨打印机打印强触变性墨水容易造成墨水断供。

(3)筛选机制：建立高通量筛选方法需要明确易实施的筛选机制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供强触变性墨水组成的一种高通量筛选方法，通过非接触式喷墨点胶机对不同组成墨水进行相同大范围工艺参数的重复喷射，高通量制备墨水单点样品库，再根据样品库的单点形貌和墨水的打印状态判断强触变性墨水的打印适性和沉降稳定性，达到对强触变性墨水进行高通量筛选的目的。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

强触变性墨水的一种高通量筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)调节强触变性墨水的组成，制备一系列强触变性墨水；