【摘 要】
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印刷电子技术是采用印刷手段制造电子器件的技术,通过在基板上选择性沉积功能性墨水,实现电子器件的既定作用。印刷电子在可穿戴设备、射频识别等领域具有广阔的应用前景。喷墨打印技术具有成本低、不接触基板、成形方式简单、节省材料等优点,是制造印刷电子器件的理想工艺。喷墨打印工艺中,墨滴的喷射与沉积是影响喷墨打印图案形貌的重要因素,墨水稳定喷射有利于提高墨滴沉积精度,降低打印线路特征尺寸;墨滴均匀沉积有利于提
【基金项目】
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河北省自然科学基金（E2018202200）
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印刷电子技术是采用印刷手段制造电子器件的技术,通过在基板上选择性沉积功能性墨水,实现电子器件的既定作用。印刷电子在可穿戴设备、射频识别等领域具有广阔的应用前景。喷墨打印技术具有成本低、不接触基板、成形方式简单、节省材料等优点,是制造印刷电子器件的理想工艺。喷墨打印工艺中,墨滴的喷射与沉积是影响喷墨打印图案形貌的重要因素,墨水稳定喷射有利于提高墨滴沉积精度,降低打印线路特征尺寸;墨滴均匀沉积有利于提升打印线路导电性能,增强打印器件性能。为实现稳定喷射与均匀沉积,本文以纳米银墨水为研究对象,采用实验与有限元仿真相结合的方法对墨滴成型过程以及稳定喷射需要满足的条件进行研究。针对颗粒悬浮墨水的流变学性能会随着剪切速率的改变而发生变化的问题,通过对流变参数进行拟合,建立了变粘度喷墨打印模型,对高剪切速率喷射过程中墨水粘度变化趋势进行研究,对墨滴失稳原因进行分析,总结墨水稳定喷射需要满足的条件。并在上述工作基础上,研究满足墨水均匀沉积的打印参数设置。本文的主要工作和总结如下:（1）采用COMSOL Multiphysics对墨水喷射过程进行仿真。墨水受喷孔和空气阻力等因素作用,具有很高的剪切速率。受此影响,大部分墨滴在喷射过程中动力粘度保持在极值。（2）通过分析墨滴速度分布与液滴形貌之间的关系,指出毛细管力是影响墨水稳定喷射的重要因素。在毛细管力作用下,液滴颈部所受到的压力大于液滴头部,导致墨水加速流向主液滴。（3）使用毛细管数和Z值作为判断墨水稳定喷射的参数,在实验和仿真数据的基础上,总结墨水适印性窗口。同时通过分析墨水喷射参数在适印性窗口中的位置,对喷射参数进行调整,并通过喷墨打印实验对结论进行验证。（4）以液滴沉积数学模型和仿真中单滴墨水的铺展过程作为依据,对墨水沉积进行调整。只有当打印分辨率大于400 dpi时,液滴才能相互搭接形成均匀图案。（5）采用加热烧结作为后处理方法。在分辨率为1000 dpi,烧结温度为180℃,烧结时间为30 min的情况下,打印线路具有较低的阻值。
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