材料沉积喷墨打印及
涂层系统解决方案

Get一下

基于Inkjet、EHD、Ultra-sonic等技术的纳米材料沉积喷墨打印和表面涂层知识。

<p>使用Inkjet喷墨打印技术,将微液滴(皮升量级)进行按需分配,使其定量,快速,准确的打印在指定的位置。</p><p>有一致性好(液滴的体积,下落速度,下落的偏转角及形貌变化等,误差0.1%),</p><p>可重复性好(基于在给喷头信号后,同一时间节点,液滴的位置,形状,尺寸和前一滴液滴可保持一致),</p><p>打印精度高(基于稳定、可控的液滴发生机构,结合高精度的运动平台和程序,能够将一种或多种溶液快速、准确、定量的分配到指定的位置),</p><p>打印速度快(对于阵列化的需要打印的器件,最快打印速度500个/s)等特点。</p>

点/阵打印

使用Inkjet喷墨打印技术,将微液滴(皮升量级)进行按需分配,使其定量,快速,准确的打印在指定的位置。

有一致性好(液滴的体积,下落速度,下落的偏转角及形貌变化等,误差0.1%),

可重复性好(基于在给喷头信号后,同一时间节点,液滴的位置,形状,尺寸和前一滴液滴可保持一致),

打印精度高(基于稳定、可控的液滴发生机构,结合高精度的运动平台和程序,能够将一种或多种溶液快速、准确、定量的分配到指定的位置),

打印速度快(对于阵列化的需要打印的器件,最快打印速度500个/s)等特点。

典型案例

  • 【医疗】【显示】【电子点胶】粘合剂 ▲

    上图是用同一设备印刷的各种尺寸(最小80μm直径)的胶点,可调整局部材料密度。在医疗设备、曲面屏幕、MEMS组件等器件的制备方面,均需要合理有效地分配非接触式粘合剂,以防止损坏或污染设备。这是因为,精密仪器制备中,微型光学元件附着在非常小的其他元件上,如何使在双方达到紧密连接是关键。常用于粘接的材料可以是热塑性/热固性/热熔氰基丙烯酸酯、环氧UV固化硅酮丙烯酸酯聚氨酯,且均可使用喷墨技术进行微点胶打印。许多商用胶粘剂产品适用于喷墨沉积,而另一些则需要进行调整。考虑在分配器孔口达到的剪切速率,50cPs被认为是流体粘度的实际极限,因此,具有较高粘度的商用粘合剂可以通过加热或稀释的方式引入喷墨式分配器的操作范围。 喷墨微点胶的优点在于精确控制位置、单点胶量、物料在面积上的分布和线宽。MicroFab使用喷墨打印方法可制造各种组件和设备,使用的材料包括光学粘合剂,紫外光固化聚合物,指数调整热塑性配方和其他特殊粘接材料。MicroFab高温打印头用于在高达220 ℃的温度下分配粘合剂材料,通过改变工艺参数、点阵、细线和区域,打印范围从10μm到几毫米,精度水平只有几微米。 使用MicroFab的高温打印头,粘度在100- 200cps范围内的粘合剂可以加热到100℃左右,将其粘度降低到一个可接受的范围,或使用相容溶剂稀释降低粘度,可在涂胶后溶剂蒸发,只留下粘合剂。 此外,还可以通过在商用粘合剂材料中填充金属颗粒、碳纳米管或陶瓷颗粒,改进其导热性或导电性。

  • 【电子】微透镜阵列 ▲

    上世纪九十年代,光电子学和微电子学相互渗透形成微光学(Micro-Optics),微光学元件中,微透镜阵列尤为重要,它在照明、成像、光通信等方面发挥重要作用。微透镜阵列是由直径在10μm到1mm之间的微透镜按照一定的排列组合而形成的阵列,其透镜尺寸小,可用于光信息处理、光计算、光互连、光数据传输、生成二维点光源,也可用于复印机、图像扫描仪、传真机、照相机,以及医疗卫生器械中。此外,微透镜阵列器件也实现了微型化和集成化,使得其具有很强的适应性,可广泛用于通信、显示和成像器件当中。用于半导体激光器的椭圆形折射微透镜阵列,能够实现激光器的聚焦与准直,激光二极管(LD)的光束整形, 它还可用于光纤、光学集成回路之间,实现光器件的有效耦合。在光纤通信中,椭圆形微透镜将来自自由空间的光耦合进光纤,并校准从光纤出来的光。目前微透镜阵列己经在原子光学领域有所应用,利用微透镜阵列做成原子波导、分束器、马赫一曾德尔干涉仪或利用其捕获原子或者对中性原子进行量子信息处理。因此对于微透镜阵列使用材料,制作工艺和用途方面的研究十分必要。 MicroFab使用喷墨打印方法,用于数据驱动的微光学元件的制造,如折射透镜阵列,将多模波导和微透镜/传感器沉积在光纤/光纤束的尖端。用于微光学MJ点胶装置打印的材料包括光学粘合剂,uv固化聚合物和指数调整热塑性塑料配方。MicroFab研发的高温打印头用于在220℃以下的温度下分发光学材料,目前该发明已取得相关发明专利。通过改变工艺参数,已制造出不同尺寸的球形和圆柱形平面凸透镜阵列,尺寸范围从80μm到1 mm、精度仅为几微米。 通过荧光光谱可以监测每个传感器的特性,并且能对目标分析物进行灵敏度检测和定量分析。通过光学成像方法对这些分析物进行同步检测和测量,并在空间上记录每个打印出的微点阵。

  • 【生物】DNA微阵列 ▲

    DNA微阵列技术,主要可应用于突变检测、功能基因组学、药物基因组学、SNP基因分型、基因表达研究、蛋白质组学和细胞信号转导等方面,可进一步促进生物技术的发展和研究人员对细胞基本分子通路的理解,已经在全球范围内受到广泛关注。高密度DNA阵列,可作为全球基因组测序的关键技术,为下一代基因组学研究提供了关键信息。高密度DNA阵列的使用,可在实验中有效地获取细胞和组织系统中数千个基因的活动表达情况。 MicroFab主要用于原位合成过程中基因表达研究的寡核苷酸微阵列,我方研发的Inkjet喷墨技术可将小体积的合成试剂传送至基板。MicroFab技术中,使用喷墨装置将原基因与原位DNA合成设备相结合,仪器由计算机控制的X和Y台组成,操作时将衬底置于喷墨喷嘴下,为四个核苷酸单体分别提供了一个独立的喷墨装置,第五个装置用于递送用于合成偶联的激活试剂。 目前,已经使用该设备合成了长达80 mol的玻璃寡核苷酸阵列,并作为Flex芯片技术推向市场,这类Flex芯片属于定制类型,可广泛应用于基因定位、SNP基因分型、基因表达监测和其他药物基因组学等方面。

  • 【生物】多肽微阵列 ▲

    肽是由两个或两个以上氨基酸以肽键相连的方式组成的化合物,是构成人体所有细胞的基本材料,人体内各种细胞功能、所有生命行为,如生长、发育、繁衍、代谢、动作等,都必须通过肽才能体现,因此肽是决定人类生命质量的关键物质。由于肽在细胞和组织中发挥着重要的功能作用,因此肽研究对生命科学和医药工业具有重要的意义。目前普遍通过组合的方法,在单个单元中合成肽,构建一个微阵列格式的肽库,从而实现大规模样品处理。其中,一种自动分析的柔性肽微阵列可用于药物检测中,以减少筛选时间。肽微阵列的常见应用包括: (1)定义蛋白质-蛋白质相互作用的最小域:表位定位; (2)关键残基鉴定:鉴定与结合有关的残基; (3)药物筛选:与药物的相互作用以确定药物先导物; (4)蛋白质构象探针:评价多个结合域的结合; (5)蛋白质与其他分子的相互作用:蛋白质- DNA,蛋白质-多糖,蛋白质-细胞,蛋白质-金属的相互作用。 当使用原位合成时,肽在微阵列中所需的位置时,每次都会产生一个残基。其主要优势在于,该过程中涉及的液体数量有限,仅需20种天然氨基酸和用于洗涤、封盖、去保护的液体。当氨基酸分布在一个衍生的底物上(在每个位置可以有不同的氨基酸)时,合成开始。在沉积和反应完成的偶联时间之后,底物经过封顶,减量物上的连接位点被阻塞,以用于将来的反应。偶联氨基酸在所有位置都失去保护,然后肽链上的下一个氨基酸在每个位置都沉积下来。清洗步骤也在同步进行,以去除残留的试剂。 MicroFab的氨基酸分配子系统如图所示,相机确定了将在控制程序中使用的配药器的初始偏移量,以确保微阵列上的一个位置配药的所有氨基酸将完全重叠。在MicroFab上合成的肽通过溴酚染色(在合成结束时检测游离胺)、裂解肽的HPLC和MS分析,以及在微阵列中直接在肽上附着抗体和染色来验证。(上图所示为在纤维素载体上合成的脑啡肽的溴酚蓝染色阵列)

  • 【生物】EHD电流体动力学喷印高通量基因芯片 ▲

    左上图:电流体动力学喷墨过程示意图。右上图:DNA微阵列的荧光显微照片(左)和AFM图像(右)。左下图:高分辨率电流体动力喷墨打印原子力显微镜(AFM)图像,使用DNA的水悬浮液(37-100nm直径的点打印MER,单链)。右下图:使用印刷适体模式检测腺苷的示意图(上),荧光显微照片(下)与腺苷分子反应前(左)和后(右)的字母模式。(经参考文献许可转载 [1]Park J.-U.et al. (2008)Nano Letters,8(12),4210-4216,Copyright American Chemical)。 基因芯片(Gene Chip)通常指DNA芯片,其基本原理是将指大量寡核苷酸分子固定于支持物上,然后与标记的样品进行杂交,通过检测杂交信号的强弱进而判断样品中靶分子的数量。随着基因技术研究的发展,基因芯片的概念现已泛化到生物芯片(biochip)、微阵列(Microarray)、DNA芯片(DNA chip),以及蛋白芯片等多种领域。基因芯片种类很多,制备方法也不尽相同,但基本上可分为原位合成法和直接点样法两大类。原位合成法指在固相支持物(如:玻璃、瓷片、聚丙烯膜等)表面原位合成寡核苷酸探针。直接点样法是将预先制备好的寡核苷酸或cDNA 通过自动点样装置点于固相支持物上[6]。与原位合成法相比,它比较简单,多用于制备大片段DNA。目前原位合成法制备DNA 芯片,主要通过光刻法和压电打印法两种途径。光刻法只能用来合成30 nts 左右的寡核苷酸,且每步缩合率较低,约为95%,合成30 nts 寡核苷酸探针的产率仅20%;而压电打印法可以合成40~50 nts左右的寡核苷酸,每步缩合率可达99% 以上,合成30 nts 寡核苷酸探针的产率可达74%,其特异性应比光刻法高。另外,压电打印法制备寡核苷酸探针不需要特殊的合成试剂, 比光刻法具有更高的应用价值。 目前压电喷墨系统的最小分辨率可重复打印的线条或最小点直径为10–30μm,虽然满足极多的基因芯片制备的应用,但是对于许多潜在高通量应用来说,压电喷墨的分辨率还是太大了。电动流体动力学(Electro-hydro Dynamics,简称EHD)喷墨设备是一种完全不同于压电陶瓷式打印机的高分辨率喷印设备。压电式打印机经历了将电能转化为机械外力的过程,而电动流体动力学喷墨直接将电场作用于工作介质。当针尖处电场集中后,其强度大大增大,可以喷出远远小于针尖直径的液滴。传统的压电陶瓷式喷墨打印在无法制备较高分辨率的图案同时,还不得不面对咖啡环和针孔薄膜的问题,而电场打印就可以轻松应对这些问题。 电动流体动力学喷墨打印的基本原理:利用外部施加的电场将液体油墨拉出,而不是将其从小尺寸的喷嘴中推出,这种打印方式所得图案的分辨率高于1μm。当在两个电极之间施加高电压时发生电晕放电,并且该过程导致与电极相同极性的离子向另一电极移动,形成空间电荷,并在两个电极之间产生流动电流,离子间库仑力引发电流体动力流。当打印系统的喷头内含有带不同电荷的墨水时,在喷嘴和基板之间施加电压,如左上图所示,阳(阴)粒子聚集至正(负)电极的喷嘴尖端(相对于接地基板),并形成圆锥形弯月面,称为泰勒锥,当电压增加时,静电应力将克服表面张力和粘度,最终将液体从锥尖喷射到基板上。 极高的分辨率和与各种油墨的兼容性,使电动流体力学喷墨在印刷电子、DNA芯片制备等领域有很高的吸引力。基因芯片显示具有多个探针位点(例如DNA和蛋白质)的表面,每个位点可以携带特定的试剂。互补分子与试剂的结合产生一个信号,可以通过成像技术,如荧光来检测。为了对复杂的生物样品进行大量的平行分析,增加单位面积的探针位点的数量是非常重要的。因此,可以小间距打印小点的技术对研究人员具有极高吸引力。因此受益于电流动力喷墨打印的高分辨率能力,基因芯片在高通量具有极大的研究前景;作为一个例子,右上图给出了使用2um口径喷头,电流体动力学按需电点喷的14X14的银光标记DNA单链微阵列图示,点径2um和点间距5um。这种DNA芯片点径的大小,大约是传统热/压电喷墨系统产生的10分之一。而且,在减小尺寸情况下,这些探针位置的荧光标记,荧光强度也很容易被标准荧光显微镜检测到。 左下图所示,通过减小喷嘴直径,DNA点的直径可以大大降低到100nm。虽然因为这些纳米尺度的的相关荧光信号太小,无法使用常规显微镜有效地检测,但这种打印分辨率对于纳米材料组装和分子相互作用的基础研究等应用来说是非常重要的。 DNA芯片研究的进展扩大了它们的用途,以检测更广泛的分析物,包括有机小分子、无机离子、癌细胞或病毒,具有很高的选择性。特别是DNA适体是一类有趣的功能DNA,它们与特定的分子结合并诱导构象变化。越来越多的报道描述了新适配体的合成及其在生物传感器中的应用,以检测腺苷、可卡因、凝血酶等。如左下图所示,使用电流体动力喷墨形成的腺苷-DNA适体微阵列,打印成一个复杂的几何形状,作为腺苷的荧光生物传感器。传感器的制造过程开始于喷墨打印单链DNA功能与荧光染料和生物素。(这个生物素基团使DNA能够固定在链霉亲和素包覆的底物上。) 随后,印刷DNA与两条互补链杂交:(1)DNA适体链能选择性地与腺苷反应;(2)含有猝灭剂标签的另一条链。在这种杂交之后,荧光变得猝灭,因此变暗(右下图.10c中的左内嵌)。然而,在水腺苷溶液(5mM)暴露后,由于猝灭剂的释放,荧光信号再次显著增加。

  • 【半导体】半导体芯片封装 ▲

    MicroFab为电子制造行业开发出了先进焊料沉积设备,其Solder Jet®焊料喷射技术是基于压电按需模式来喷墨打印,能够产生直径为25-125μm,每秒2000次的熔化焊料滴。基于焊料喷射的沉积是低成本的(不需要工具)、非接触的、灵活的和数据驱动的(不需要光刻刻蚀或掩模,因为打印信息直接由CAD设计,并以数字方式存储),并且是环境友好的(这是一个没有副产物的增材制造过程)。目前倒装芯片工艺中使用的焊料凸点(solder bump)通常在100微米左右,随集成电路的小尺寸,高密度的发展,对于倒装技术的焊料凸点尺寸会越来越小。MicroFab研发团队在硅片上进行了大量实验,以评估喷墨打印技术对小尺寸凸点的适用性。MicroFab团队还开发出了新的无铅喷墨打印技术,用于制造高密度IC封装。皮升级的焊料(直径小于25μm)可在高达240℃的高温下进行打印。设备利用数字化驱动拥有更高的集成度,更低的成本和更高的灵活性。MicroFab团队还将Solder Jet®技术应用在3D封装上,并提出了一套完整的解决方案,芯片与芯片之间完全用Solder Jet®技术来键合。Solder Jet®技术潜在的应用包括:集成电路封装,芯片级封装,光电互联和印刷电路板制备。焊料可以每秒超过2000个bumps打印在基板上,相关的垂直通孔也可以进行打印。

  • 【电子】光纤传感器微透镜阵列 ▲

    光纤传感器可用于传统传感器不能使用的情况下执行难度较高的一些测量应用。这种传感器通常结构紧凑、质量轻、耐腐蚀,并且可以多路复用。它们不受电磁干扰,能在恶劣环境中应用。由于各种分析物的测量需要促进了光学传感器阵列的发展,并可用于样品的完整化学色谱的测量。例如,多个感测化学物可以连接到光纤传感器的光纤末端,并且不同的感测化学物可以通过空间或光谱分辨率来识别。(图a为劳伦斯国家实验室制造的显微光度计原型,其中使用了MicroFab Technologies打印的传感元件;图b为在光纤尖端打印荧光染料制备出的显微光度计的示意图) 利用喷墨技术在可接触的光学表面打印一种或多种标记化学试剂。其中一个常见的例子就是光纤的尖端。该方法提供了一种通过使用多种MJ喷头分配几何形状来精确打印不同材料的图案。每种化学试剂可包含一个或多个光能吸收染料,其光学特性随目标分析物的变化而变化。 通过荧光光谱可以监测每个传感器的特性,并且能对目标分析物进行灵敏度检测和定量分析。通过光学成像方法对这些分析物进行同步检测和测量,并在空间上记录每个打印出的微点阵。(图c为喷墨打印在光纤束末端的生物传感器透镜)

  • 【电子】MEMS光学器件 ▲

    喷墨打印技术可与其他技术一起用于生物MEMS器件的封装和制造,例如:微透镜、微透镜光纤头或电子板(用于微光学互连的焊料沉积)。用于MEMS光学器件的封装如上图所示(上图为MEMS光学器件封装示意图,图a 用于光电芯片被动对准的MEMS夹持具;图b 使用图a 中的夹持器将透镜VCSEL阵列对准光电芯片;图c 打印的微透镜阵列示意图;图d 包含多个夹具的加工晶圆)。例如,采用MEMS的方法制备被动对准的夹持器,比制造中采用主动对准具有更低的人工成本。固定的VCSEL阵列也如上图所示。不同的夹持器可以在同一晶圆上加工,形成一个光学工作平台。

  • 【电子】微透镜阵列 ▲

    晶圆级(Wafer-level)制造的微光学元件阵列。喷墨打印微透镜在MEMS上的应用包括微光学器件,光纤束,光波导和激光器等。喷墨打印微透镜已被用于提高垂直腔面发射激光器的耦合效率,而不会造成明显的光学损失。上图显示了打印在直径100μm GaAs SU8柱上用于垂直腔面发射激光器耦合的微透镜。

  • 【显示】有机发光二极管(OLED)▲

    近年来OLED因其广视角、节能、髙对比度等多种优点,为曲面超薄显示带来了新希望,可广泛应用于运动手环、智能手机的开发使用,达到随意折叠、便携使用。喷墨打印技术进行OLED器件的制备时,可获得厚度均匀的薄膜,器件的整个发光情况一致;工艺流程简单有效、可实现大面积印刷;定位精准、材料成本低;多喷嘴同时工作,避免多层溶液侵蚀。 MicroFab使用喷墨打印技术生产OLED显示器的研究已超过10年。MicroFab公司的Jetlab®II打印技术,在进行OLED器件制备中,定位精准较高,最小定位误差可达到2μm。如图所示,使用Jetlab®II打印出的PEDOT墨水液滴在无结构基板上成凸起形貌,点直径约为20μm。

  • 【显示】聚合物发光显示器(PLED)▲

    聚合物发光显示器(Polymer Light-emitting Diode Display, PLED Display)因其材料发光颜色在全可见光区内可调、可溶液简单加工及适用于柔性大面积器件的生产而吸引了更多的目光。高质量聚合物薄膜的制备是 PLED 器件制作的关键,喷墨打印因为具有加工过程简单高效、材料利用率高、适用于溶液加工、适用于柔性衬底、易于卷对卷工艺的整合和自动化等优点,被认为是最具有应用潜力的技术。 MicroFab公司的Jetlab®Ⅱ喷墨打印技术,其可打印溶液的粘度范围在 1 ~ 20 cP,表面张力范围在 28 ~ 65 mN/m。在喷墨打印制备 PLED 显示屏的过程中,液滴定位小的偏差就会引起液滴错位,造成像素短路以及显示颜色混乱等问题。因此,打印过程中,喷射出的液滴飞行后如何精确的落入对应的 RGB 子像素中对于制备高性能 PLED 器件十分关键。决定液滴定位偏差的因素主要有打印平台移动误差引起的着陆位置偏差。随着技术的发展,现在的打印机精度也越来越高了,MicroFab研制的 Jetlab®xl-300的打印精度控制在±1μm。

  • 【显示】柔性有源矩阵有机发光二极体(AMOLED)▲

    由喷墨印刷的高迁移率有机薄膜晶体管驱动的柔性有机发光二极管显示器,像素密度为50 ppi,提取发射光的孔径比为39%。

  • 【显示】高分子发光二极管(PLED)▲

    许多正在开发显示器制造方法的组织正在使用喷墨技术沉积发光聚合物。要使用这些材料构建有源元件,必须在结构中创建大约100纳米的均匀层,并且该结构必须在聚合物层上产生电场。无论是通过旋涂工艺还是喷墨沉积,聚合物通常以低浓度(0.5-2%体积)悬浮在挥发性有机溶剂(如二甲苯)中。沉积后,除去溶剂,聚合物膜留在基材上。MicroFab已经证明,当将发光聚合物溶液打印到涂有空穴注入层材料的表面上时,可以实现小至30μm的特征尺寸。上图是使用喷墨沉积来制造使用发光聚合物的像素化显示器。发光聚合物打印在彩色显示器中的80×100μm孔中。图片由杜邦显示器提供。

  • 【显示】薄膜晶体管(TFT)▲

    有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistors,简称TFT),不仅具备优异的柔性,同时还有诸多优势:例如单位密度小,加工工艺简单且具有较强的兼容性,可以实现高效的大面积制造,因此可广泛应用于柔性显示、柔性触摸屏、可植入医疗器械、软体机器人等方面。薄膜晶体管中,所有电极以及绝缘体和半导体材料部是聚合物溶液,其中,由于电极的体积非常小(单颗液滴的体积只有30 pL,直径约为38μm).可用喷印法进行制作。上图显示的是喷墨打印的有源矩阵显示电子设备,4800像素,工作频率为80Hz。由Plastic Logic提供。

  • 【显示】量子点致发光二极管(QLED)▲

    量子点电致发光二极管(Quantum dot light-emitting diode,简称QLED),是在电流激发下使量子点发光的器件。相对于传统LCD与OLED显示,量子点显示具有明显的优势:超NTSC的宽色域,显色能力更强;色纯度高,颜色还原能力强;发光波长可调,易合成与加工。而且其发光效率高,光、热及化学稳定性好。 喷墨打印技术是一种非接触、节约材料和可重复加工的滴涂溶液技术。它的优势在于可精确定位微米液滴、材料选择广泛、有效节省材料以及大面积生产化降低成本,而且不需要昂贵的掩膜板,非接触式加工不会对基板产生污染。此外,喷墨打印技术可以自动化地进行图案化加工。基于以上优势,目前喷墨打印技术已经在显示行业中得到了开发和应用。目前,喷墨打印技术是制作QLED平板显示屏的重要技术。 MicroFab公司的Jetlab®Ⅱ喷墨打印机,主要是由可精确移动的平台(x-y 轴精度为3 μm)、喷头、储液系统(包括墨盒和连接喷嘴的连接器),气压控制系统,视觉观测模块系统、各种部件之间的连接器、计算机主机及软件等几部分组成。此外,该喷墨打印机还有加入了精确的温控系统,可以用准确地控制基板和喷嘴的温度。Jetlab®Ⅱ采用的是压电陶瓷喷嘴喷墨原理,其核心部件即MicroFab喷头是由一个被压电驱动器包围的毛细玻璃管组成。毛细玻璃管露出外面的一端形成喷嘴(内径10-100μm),当给定一个电压脉冲时,压电驱动器通过逆压电效应产生一个声学压力波并穿过玻璃喷嘴进入液体中传播。而在喷嘴尖端,在压力波的作用下,液体加速并形成小液柱离开喷嘴,然后在惯性力的作用下液滴与小液柱断开,最后形成一个单独的下落液滴。喷墨打印液滴形成的过程由可视化频闪摄像机系统观测。水平的CCD照相机、喷墨打印喷头、闪频激光瞄准器被固定在同一光轴和同一平台上。捕捉图像的激光频闪器需要与CCD照相机同步耦合,其中延迟拍摄微米级液滴的能力是观测到液滴下落过程的关键技术。通过这一观测装置,可以获得液滴形成整个过程的照片。 研究发现,选取苯基环己烷(CHB)作为溶剂,得到可以稳定喷墨的红光量子点墨水。量子点在PVK表面可以形成咖啡环较小的薄膜,在PVK基板上喷墨打印点的直径为200μm,打印线宽为220μm,可成功制备量子点发光(QD-LED)器件。

  • 【光电】钙钛矿荧光微阵列 ▲

    近年来,钙钛矿材料在背光、色彩转换和使用溶液工艺制造的防伪标签等应用中展现出了广阔的前景。上图为借助MicroFab Jetlab®Ⅱ高精度喷墨打印机可原位制备具的有理想形态的结晶钙钛矿-PVP纳米复合材料微阵列,一种在周围环境中隐形,与柔性基板兼容,且生产成本低廉的图案化荧光防伪应用。

  • 【传感器】化学电阻传感器 ▲

    化学传感器已经成为MEMS器件研究和开发中的一个相当热门领域,这是由于需要大量用于爆炸物、化学药品、药物滥用、工业气体、住宅气体和许多其他气体的低成本传感器。这些传感器中的大多数使用电或光活性材料,或者更简单地说,具有使敏感的分子暂时粘附到其表面。其中,大多数这些传感材料都是敏感材料,即不能用光刻技术处理。此外,因为它们是敏感的,它们通常被应用于制造工艺的最后部分;通常,这是在非常脆弱的非平面上进行制造。所有这些因素使得MEMS化学传感器制造成为一个广泛探索使用喷墨打印技术的领域。 化学电阻材料,即当暴露于特定氛围环境时可改变电阻的材料,是MEMS传感器器件中最广泛使用的传感材料。纳米材料和MEMS结构的最新发展节省了正在开发的时间。如图所示为用于检测呼吸机中挥发性有机化合物,左上图为传感器的基本结构是一对螺旋电极,位于直径为350μm的SU-8凹结构,直径为250μm。右下图,通常可包含多种传感材料的多个传感和参考元件被集成在一个2.65毫米的芯片上,该芯片还包含所有所需的控制电子器件。该芯片被组装到常用于光学器件的TO-5封装中(左下图)。 化学传感材料硫代金纳米粒子悬浮液中,并沉积在传感区域。但在左上图中看不到,使用喷墨设备将15滴标称30pL的体积沉积到传感器上。右上图显示了沉积225个标称30pL液滴后的传感区域,产生1.5μm的平均薄膜厚度。值得注意的是在传感区域使用了两个润湿“挡块”。SU-8凹井包含分配的初始流体体积,防止润湿到模块的其他区域。此外,在干燥过程中,流体从凹井的外部结露,使得所有的颗粒都沉积在电极区域上。这种自定中心行为可导致阻抗变化小于10%。 传感器材料的打印不仅发生在单个的管芯上,而且还发生在封装工艺中。这有效地将传感材料沉积方法限制为喷墨打印方法,并且在产品中印刷固定在夹具中的多个传感器的要求将需要数据驱动方法,除非夹具是高精度的。如果使用接触分配方法,通过量将受到分配器为每个分配器进行垂直移动的要求的限制。谐振微机电系统结构检测谐振频率的变化,该变化与敏感的分子的吸附引起的谐振结构的质量变化相关联。利用可以在微机电系统器件的集成电路中实现的众所周知的集成电路,可以非常精确地实现对谐振变化的检测。微机电系统制造技术可以产生极低质量,高品质的共振结构,允许检测非常低浓度的目标分子。

  • 【传感器】化学电阻传感器 ▲

    上图为100μm传感器元件,用于快速筛选功能聚合物(由Lee Weiss,Carnegie Mellon提供)。 传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。如今,传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段。新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化等方向发展的同时,对传感器的制备方法提出了更高的要求。喷墨打印技术是一种非接触式的数字成型技术,属于增材制造,是一种材料节约型沉积技术,用于打印的油墨可以是溶解或分散在溶剂中的液相材料。主要特点是节约材料,环保,生产效率高,一致性好,可重复性好。缺点也表现的很明显,现在市面上的工业多喷头对材料的适应性比较窄,喷头容易堵塞而报废,前期的研发测试损耗巨大。相比较于现在的工业多喷头打印技术,MicroFab公司的按需式喷墨技术,对材料的适应性更大,并且喷头可清洗可重复进行使用。极大程度上减少了研发测试的成本。利用MicroFab的按需式喷墨技术,可以在50μm或更大的传感器结构上直接沉积。目前已成功制备100μm传感器元件的化学反应传感器阵列,用于快速筛选功能聚合物。如图是一个静电(电容)传感器,由于传感器结构太小,不能将功能聚合物直接沉积到亚微米传感元件上。使用MicroFab的按需式喷墨技术,可以将2x4μm或更小的结构喷墨沉积,通过微沟槽将聚合物导向传感结构。

  • 【电子】PEDOT:PSS电极 ▲

    利用喷墨打印可提供一种低成本,高产量,简单的办法来制造高性能的有机纳米线晶体管阵列。通过将浸涂工艺与喷墨工艺(Jetlab®Ⅱ)相结合(一种全溶液处理方法——将有机纳米线组装成对齐的阵列,并在阵列顶部完成S/D电极。对齐的有机纳米线阵列通过浸涂进行图案化,S/D电极通过喷墨打印导电聚合物(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT/PSS)进行图案化),有机纳米线晶体管阵列可实现高达1.26cm2· V-1·S-1的FET迁移率,达到了与带有蒸发电极的器件相当的水平。