實(shí)驗(yàn)名稱：基于EHD電噴的柔性壓力傳感器制備技術(shù)研究

研究方向：EHD電噴技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種微納尺度的新型3D打印技術(shù)，因其打印精度高、設(shè)備操作簡(jiǎn)單、材料來(lái)源廣泛以及成本低等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，在柔性電子、生物醫(yī)療和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模捍罱ㄒ惶赘叻直媛孰妵娪∪S工作實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，首先在載玻片上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論與數(shù)值模擬的正確性，然后在PET膜上實(shí)驗(yàn)研究不同工藝參數(shù)（電壓、氣壓、噴印速度）對(duì)噴印納米銀導(dǎo)電墨水成型性能的影響規(guī)律。

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、任意波形信號(hào)發(fā)生器、高精度智能電壓表、開(kāi)關(guān)電源等。

圖：EHD電噴實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)框圖

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖：EHD電噴實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

搭建三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，使用高壓放大器、任意波形信號(hào)發(fā)生器、高精度智能電壓表、開(kāi)關(guān)電源等搭建電壓控制系統(tǒng)，使用噴嘴和儲(chǔ)料筒搭建供液系統(tǒng)，使用隔膜真空泵、氣壓控制器、氣管和點(diǎn)膠適配管搭建氣動(dòng)系統(tǒng)，最后使用USB電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡搭建圖像采集系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）將點(diǎn)膠針頭安裝在膠筒上，然后使用注射器將納米銀導(dǎo)電墨水注射于膠筒中。

（2）通過(guò)上位機(jī)控制界面調(diào)節(jié)三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)Z軸高度，使導(dǎo)電噴嘴與接收基板之間的距離為0.5mm。

（3）連接氣管與點(diǎn)膠適配管，打開(kāi)隔膜真空泵和氣壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)氣壓至所需第4章EHD電噴實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建與測(cè)試36氣壓，等待氣壓穩(wěn)定。

（4）將電壓控制系統(tǒng)的電壓輸出端與點(diǎn)膠噴嘴相連，確保線路連接可靠，打印平臺(tái)接地良好，點(diǎn)膠噴嘴遠(yuǎn)離金屬器材，保證不受外界環(huán)境干擾。

（5）將USB電子顯微鏡與上位機(jī)連接，調(diào)整顯微鏡距離保證能清晰觀察噴嘴處畫(huà)面。

（6）打開(kāi)電壓控制系統(tǒng)儀表箱的品字電源開(kāi)關(guān)，然后依次打開(kāi)面板上的開(kāi)關(guān)按鈕、任意波形信號(hào)發(fā)生器開(kāi)關(guān)與旋鈕開(kāi)關(guān)，設(shè)置任意波形信號(hào)發(fā)生器的輸出波形并輸出。

（7）將沉積有納米銀墨水的接收基板放在干燥箱中140℃下加熱30min，觀察沉積狀態(tài)。

設(shè)置如下的實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)：導(dǎo)電噴嘴與PET距離0.5mm，交流脈沖電壓的幅值為1300V、頻率為500Hz、占空比為50%，施加的氣壓為8mmHg。圖3所示為在噴印速度為4mm/s、8mm/s、12mm/s、16mm/s、20mm/s、24mm/s、28mm/s下打印導(dǎo)線的對(duì)比圖。下圖4所示為導(dǎo)線線寬與噴印速度關(guān)系的點(diǎn)線圖。

圖3：不同噴印速度打印導(dǎo)線對(duì)比圖

圖4：導(dǎo)線線寬與噴印速度關(guān)系的點(diǎn)線圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

設(shè)計(jì)并搭建了高分辨率電噴印三維工作實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，介紹了各系統(tǒng)所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及接線方式。所搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度為0.05mm，X、Y、Z軸的有效行程分別為30cm、30cm、20cm。通過(guò)在載玻片上噴印納米銀導(dǎo)電墨水，研究了直流電壓和氣壓對(duì)錐射流形態(tài)的影響，得出了與理論分析和仿真結(jié)果相同的結(jié)論。通過(guò)在PET膜上電噴印納米銀導(dǎo)電墨水，研究了噴印電壓、噴印氣壓以及噴印速度對(duì)打印圖形的影響和規(guī)律，最終得出了一組最佳工藝參數(shù)為交流脈沖電壓的幅值1300V、頻率500Hz、占空比50%，氣壓8mmHg，噴印速度24mm/s，在這組工藝參數(shù)下噴印的納米銀導(dǎo)線線寬最小為100μm。

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圖：ATA-7020高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇