實驗名稱：柔性襯底的電流體噴印實驗研究

實驗目的：設計制造了靜電聚焦電極，有效克服了襯底效應對電流體噴印的影響，除此之外，設計制造了組合噴針，通過重塑噴頭周圍靜電場的分布削弱了柔性襯底極化和電荷累積對電流體噴印的影響，并進一步研究了工藝參數對打印微結構的影響，實現了在柔性襯底PET上微圖案的電流體按需噴射打印。

測試設備：高壓放大器、函數發生器、上位機等。

實驗過程：

圖1：電流體噴印實驗設備示意圖

電流體噴印平臺的功能組成包括硬件設備和軟件控制系統，電流體噴印的硬件設備由五個子模塊組成，如圖1所示，包括電場控制模塊、流體供給模塊、運動控制模塊、加熱模塊和視覺模塊。電場控制模塊在導電噴針座和襯底之間建立電場，流體供給模塊將液體以所需的流速供應到噴嘴，運動控制模塊提供打印所需要的各種運動形式，通過Labview將整個系統有機結合起來，實現各模塊之間的集成、協調控制。

電場控制模塊由函數發生器和高壓放大器構成，函數發生器用于產生實驗所需的電壓波形，高壓放大器將函數發生器產生的波形放大到實驗所需的電壓范圍。上位機與函數發生器可以通過USB、RS232或GPIB接口建立遠程通信，函數發生器與高壓放大器采用BNC連接器連接以實現信號的低損耗傳輸，經高壓放大器放大的信號采用SHV高壓電纜連接至導電的噴針座。函數發生器在系統中扮演了激勵源的角色，實驗所用的函數發生器可以產生16種標準波形，還可以根據用戶的需求自定義波形，具有邊沿時間可調的功能，而且可以采用手動或軟件編程的方式控制波形的參數，在電子測試測量領域中應用廣泛。高壓放大器按波形極性的不同可以分為單極性高壓放大器和雙極性高壓放大器，其中單極性高壓放大器只能放大波形方向不變的信號，如穩恒直流信號、直流脈沖信號；雙極性高壓放大器可以放大交流信號，其價格通常比單極性高壓放大器的價格貴好幾倍。考慮到實驗需求和成本效益，本實驗平臺選用的高壓放大器是單極性高壓放大器，該放大器的輸出電壓范圍為0~2000V，可接受信號源帶寬為0~10kHz，該放大器采用全固態設計，可全面保護其免受電弧放電和短路的影響，使器件的性能更穩定可靠，而且即使在高電容負載中也能實現準確的輸出響應和高壓擺率，具有高可靠性和低噪聲操作的特性。噴針座用于固定噴針的位置，采用不銹鋼材料制成，噴針座和高壓放大器之間采用SHV高壓電纜連接以建立噴針和襯底之間的電場。

流體供給模塊由泵、流體連接裝置和噴頭組成，如圖3所示。根據原動機種類的不同，用于電流體噴印的泵可分為精密注射泵和氣泵，相應的流體連接裝置也就有所不同，根據實驗的不同需求需要采取不同的流體連接裝置。

圖3：流體供給模塊連接示意圖

運動控制系統由運動控制卡、轉接板、驅動器和三軸位移平臺構成。加熱模塊主要由電加熱元件、襯底支撐板、溫度傳感器和溫控器構成。視覺模塊主要由CCD相機和光源構成。

實驗結果：

研發了一套電流體噴印的實驗平臺，詳細介紹了各功能模塊的組成和原理，根據墨水粘度的大小設計制造了兩種不同的流體控制裝置，在此基礎之上，基于Labview軟件開發環境，開發了一套電流體噴印平臺控制系統，該控制系統可以按照用戶指定的運動軌跡進行打印，并且可以打印任意復雜的二維圖形，將整個系統都有機結合起來了，實現了各功能模塊之間的集成、協調控制。

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審核編輯 黃宇