硅针尖上的液体浸润及其电喷射行为研究

发布时间：2023-07-27 08:15

　　近年来,随着微机电技术的迅速发展,微纳尺度的打印技术被广泛应用在各种微器件的制造上。然而,目前多数电喷射打印是通过减少打印喷嘴内径来提高打印分辨率,这会导致喷孔易堵塞,同时也限制电喷射打印溶液的类型。为了解决这些问题,本文在传统电喷射打印技术的基础上设计了一种新型的基于硅针尖浸润聚焦电喷射打印喷头的结构,并对硅针尖上的液体浸润及其电喷射行为展开了研究。(1)在传统电喷射打印技术的基础上,设计了硅针尖浸润聚焦电喷射打印喷头的结构;对所设计的硅尖打印喷头结构的浸润和电喷射行为进行了数值模拟,分析了液膜浸润情况,详细讨论了打印溶液参数对液膜浸润的影响;结合流体力学数值仿真和BoxBehnken法构建了打印溶液参数和打印液滴大小的响应面模型,获得了打印溶液参数对打印液滴大小的影响规律。(2)为了制备出高质量的纳米硅尖,以提高打印分辨率,首先探究了湿法各向异性刻蚀硅尖中刻蚀温度对刻蚀硅尖形貌的影响,得到湿法刻蚀硅尖的刻蚀参数,制备出曲率半径67nm的硅尖,并且成功集成到硅尖打印头上。同时,利用湿法各向异性刻蚀制备出深度为50μm的硅杯储墨池和宽度为878μm的十字梁槽作为供墨流道。然后,采用射频...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 微纳尺度打印制造技术简介
        1.1.1 热气泡喷墨打印技术
        1.1.2 压电耦合喷墨打印技术
        1.1.3 常规电喷射打印技术
        1.1.4 新型电喷射打印技术
    1.2 本文研究内容的提出
    1.3 本文的研究内容和结构安排
2 硅尖打印头结构设计及数值模拟
    2.1 COMSOL软件和相场方法
    2.2 硅尖液膜受力分析
    2.3 电喷射打印控制方程
        2.3.1 流体运动方程
        2.3.2 电场方程
        2.3.3 界面追踪方程
    2.4 仿真模型建立
        2.4.1 几何建模和物理场的选定
        2.4.2 网格的划分和物理场边界条件的设定
    2.5 仿真结果分析
        2.5.1 毛细浸润过程仿真分析
        2.5.2 硅尖电喷射过程仿真分析及实验验证
    2.6 本章小结
3 溶液参数对打印液滴大小的影响研究
    3.1 响应面参数分析方法
        3.1.1 样本提取规则
        3.1.2 响应面分析中的回归技术
    3.2 溶液参数的RSM模型
    3.3 溶液参数RSM模型结果与讨论
        3.3.1 表面张力系数和动力粘度对打印液滴大小的影响
        3.3.2 动力粘度和相对介电常数对打印液滴大小的影响
        3.3.3 表面张力系数和相对介电常数对打印液滴大小的影响
    3.4 本章小结
4 硅尖打印头制备工艺
    4.1 硅尖打印头制备工艺选择
    4.2 硅尖打印头的制备
        4.2.1 硅杯及十字梁槽的制备工艺
        4.2.2 硅尖的制备工艺
        4.2.3 硅尖电极的制备工艺
    4.3 硅尖打印头电极的表面改性工艺
        4.3.1 氧等离子体表面改性工艺
        4.3.2 紫外臭氧表面改性工艺
    4.4 硅尖打印头引线焊接封装
    4.5 本章小结
5 电喷射打印平台系统搭建与打印测试
    5.1 电喷射打印实验系统
        5.1.1 打印平台设计要求与零部件的选型
        5.1.2 龙门式三维伺服平台结构与控制系统
        5.1.3 精密三维打印平台系统集成
    5.2 毛细浸润过程实验测试
    5.3硅针尖电喷射打印实验
        5.3.1 打印溶液与实验操作
        5.3.2 打印结果分析
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3837663