气流辅助静电聚焦电流体喷头设计及实验研究

发布时间：2020-05-04 13:05

【摘要】：电流体喷印具有亚微米分辨率和大范围的油墨粘度兼容性,近年来得到了广泛的关注和应用。然而,由于非平面基板对电场的影响以及绝缘基板的电荷累积和极化问题,导致电流体喷印在非平面和绝缘基板上的打印性能较差。本文提出了一种气流辅助静电聚焦电流体喷头,围绕喷头的电场、流场进行了理论分析和结构设计,完成了气流辅助静电聚焦电流体喷头的制造,实现了电流体喷印在绝缘/非平面基板上精确稳定的打印,极大拓宽了电流体喷印的应用范围。本文主要工作包括:(1)提出了一种新型的静电聚焦电流体喷头结构。建立了静电聚焦电流体喷头的电场模型,推导出了喷头中电场电势分布的理论公式,得到了喷头各参数的初步设计范围;在此基础上,利用数值仿真模拟分析了喷头设计参数对带电液滴在喷头电场中运动的影响,得到了静电聚焦电流体喷头的设计方法和依据;最后利用电流体仿真验证了喷头对于连续射流打印的可行性,并在实验上初步验证了喷头设计方法的可靠性。(2)针对静电聚焦电流体喷头进行近场纺丝的射流粘附问题,将气流辅助的方法引入喷头结构中,建立了气流辅助近场纺丝的模型,分析了电纺丝射流在气流流场中的受力情况,并通过流场流速分布分析了带电射流的稳定性,得到了提高射流稳定性的流场优化条件。在此基础上,利用CFD数值模拟仿真分析完成了辅助气流结构的优化设计,为喷头的结构设计提供了依据。(3)设计、制造了气流辅助静电聚焦电流体喷头。在静电聚焦和气流辅助结构的设计基础上,结合仿真模拟分析,设计了电极结构和喷头内部整体流场结构,综合分析了各结构的设计依据,设计、制造出了气流辅助静电聚焦电流体喷头的整体结构。并采用仿真模拟分析了喷头内部的整体气流通道,保证了喷头喷嘴尖端处气流具有良好的均匀性和稳定性。(4)通过实验的方式分析、验证了气流辅助静电聚焦电流体喷头在非平面/绝缘基板上的打印性能。针对电流体喷印中典型的打印模式(连续直写、按需喷印、近场纺丝),采用实验分析了静电聚焦和气流辅助功能对打印性能的影响规律。在绝缘非平面基板上,采用气流辅助静电聚焦电流体喷头实现了三种打印模式的精确稳定打印。
【图文】：

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中科技大学硕士学位论基板间的强电场，通过电场驱动以“拉”的方式将溶液沉积电流体喷印过程中，施加在喷嘴和基板之间的强电场使喷应电荷，从而受到电场力的作用。在电场力、表面张力及重泰勒锥，并由锥尖产生射流。强大的电场力使得电流体喷印 10000cp) 的溶液，并能产生比喷嘴尺寸小的多的射流。

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图 1-2 电流体喷印原理示意图集基板为导电材质，喷头与收集基图 1-3(a)所示，电场是从喷头沿竖质时，射流内含有的大量电荷会作用下，绝缘基板会发生极化。电后续打印的液滴有排斥作用，这些在非平面基板上进行打印时，，喷头竖直高度的变化会导致喷头尖端的关键因素。并且电场分布形式面的变化发生偏差，如图 1-3(c)所完全无法进行打印。基板的材质和应用范围。基板台
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP334.83

【参考文献】