復合納米材料的電流體動力學（EHD）打印在各領域的應用
1 正文
上一期我們討論了不同墨水的物理和化學特性對電流體動力學（EHD）打印質(zhì)量和打印效果的影響，在本期內(nèi)容中，我們將概述EHD打印技術(shù)在各個領域的應用。
晶體管和顯示器
EHD打印有助于半導體材料的精確打印，可有效地應用于晶體管陣列和集成電路的生產(chǎn)。Zhang[2]等人描述了用ZnO對基材進行EHD圖案化打印的技術(shù)，如圖1所示。在另一項研究中，EHD打印應用于p型OTFT中的打印電極，其中多壁碳納米管/聚苯乙烯磺酸鹽（MWCNT/PSS）的打印線表現(xiàn)出顯著的電氣特性[3]，如圖1所示。還研究了EHD打印ZnO半導體直線，用作薄膜晶體管的活性層，生產(chǎn)的器件具有TFT特性，使用少量的銦摻雜有可能提高其整體性能[4]。EHD打印還用于制造PEDOT中的源極和漏極：基于PSS的復合材料，同時滿足不對稱的p型和n型OFET的需求，在逆變器方向表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，并顯示出良好的電壓傳輸特性[5]。
▲ 圖1 通過EHD打印復合納米材料制備晶體管陣列
▲ 圖2 通過EHD打印復合納米材料用于顯示器
能量收集和存儲EHD打印已廣泛應用于電容器和電池等設備的便攜式、柔性和可穿戴的電化學儲能系統(tǒng)領域制備。在一項研究中[8]，EHD打印被用于制造電化學儲能裝置，以控制由微尺度碳和鎳組成的復合材料的孔隙率，如圖3所示。此外，研究人員[9]使用高精度EHD打印技術(shù)開發(fā)了一種由硒化錳/還原氧化石墨烯組成的柔性小型儲能器件，然后將這些器件與觸摸控制發(fā)光二極管陣列系統(tǒng)耦合，以突出柔性EHD噴射打印微型電池的潛在應用，如圖3所示。
▲ 圖3 在基板上制造過濾器的組件
▲ 圖4 通過EHD打印復合納米材料用于能量收集和存儲
電極和傳感器
EHD打印還被用于制造不同的電極和傳感器。EHD在銀電極上打印厚度為300 nm的甲基紅/石墨烯復合片材沉積。通過量化電阻的變化，復合電極成功地用作濕度傳感器，實現(xiàn)了傳感器的高靈敏度（96.36%電阻和2869500% 的電容濕度靈敏度）。石墨烯/Pt復合微電極的制造涉及EHD按需打印技術(shù)的利用[13]，在Pt微電極上打印厚度為5nm的石墨烯線，每條線的電阻為4.2 mΩ cm。電化學測發(fā)現(xiàn)G/Pt復合材料微電極的峰值電流是裸Pt微電極的兩倍多，顯著提高了傳感靈敏度。
▲ 圖5 通過EHD打印復合納米材料用于電極和傳感器
EHD打印還應用于介電彈性體致動器的自修復電極[14]，致動器顯示出其恢復功能的顯著能力，實現(xiàn)了高達96.8%的效率，還研究了基于明膠的電極作為應變傳感器的潛在適用性，其中拉伸刺激能夠被轉(zhuǎn)換為電阻信號。此外，EHD技術(shù)被用于制造具有環(huán)保型、具有成本效益的可折疊電子產(chǎn)品，其中包括將由PEDOT：PSS和石墨烯組成的復合材料組成的電路印刷到聚乙烯醇制成的薄膜上[15]。此外，還檢查了印刷PEDOT：PSS/石墨烯電路形式的電阻溫度傳感器，用于監(jiān)測體溫和呼吸行為。EHD噴射打印的應用被用于打印用于通信設備和顯示器粘合的各向異性導電膜，打印受油墨導電性和印刷條件影響。
生物醫(yī)療
EHD打印可應用于生物和健康相關設備，如藥物、活組織的遞送和健康監(jiān)測。為了生成微尺度活組織模式，將功能化海藻酸鹽和纖維蛋白系統(tǒng)與PEDOT：PSS結(jié)合使用[16]，以產(chǎn)生導電水凝膠，如圖所示。3D EHD打印用于制造包含親水和疏水分子的多藥復合膜（醋酸纖維素-布洛芬和醋酸纖維素-撲熱息痛），復合膜表現(xiàn)出生物相容性和柔性，能夠輔助吞咽，可應用于藥物聯(lián)合治療和個性化醫(yī)療[17]。
▲ 圖6 通過EHD打印復合納米材料用于生物醫(yī)學應用
開發(fā)了一種基于熔融的EHD打印方法，來制造由PCL摻入多壁碳納米管組成的微纖維支架[18]，表現(xiàn)出良好的細胞相容性，力學特性幾乎不變但大大降低了纖維支架的阻抗。在另一項研究中[19]，為了實現(xiàn)對實際骨骼中發(fā)現(xiàn)的膠原纖維和羥基磷灰石納米晶體的更準確復刻，通過3D EHD打印制造了由微米級PCL和羥基磷灰石納米顆粒組成的復合支架，其中復合支架具有生物相容性，有助于體外細胞排列和增殖。這種方法有可能有效調(diào)節(jié)各種大小和材料的細胞微環(huán)境，從而增強組織再生。
其他
為了實現(xiàn)在低強度磁場中實現(xiàn)快速響應、有效控制和人機安全交互，研究人員利用EHD打印沉積軟磁致復合材料，以達到高穩(wěn)定性和線性度狀態(tài)，使其能夠用于多種潛在應用，如致動器。通過使用EHD打印將聚苯胺納米顆粒摻入銀片和熱塑性聚氨酯的復合材料中，合成了一種具有優(yōu)異印刷適性和穩(wěn)定性的混合導電油墨，打印的柔性加熱器表現(xiàn)出卓越的柔韌性和耐用性，擁有45μm的出色分辨率，其電阻在半徑為0.5mm的3000次外彎循環(huán)后表現(xiàn)出卓越的機械穩(wěn)定性[20]。加熱器也可以貼在個人身上，顯示出新型可穿戴電氣應用的潛力。
▲ 圖7 過濾器的組件制造步驟
在另一項工作中[21]，由介電彈性體致動器提供動力，采用EHD工藝制造了一種混合結(jié)構(gòu)可調(diào)透鏡。為了制造介電彈性體驅(qū)動的組件，采用了基于高度介電硅橡膠的油墨來形成透鏡的封裝層，該層填充了銅酞菁。已經(jīng)生產(chǎn)的可調(diào)諧鏡頭表現(xiàn)出以類似于人眼的方式自動改變其焦距的能力，這項創(chuàng)新技術(shù)在包括成像、信息存儲、光束控制和雙焦點技術(shù)等一系列應用中具有重大前景。
2 相關設備型號
RUIDU EHD電流體動力噴墨打印系統(tǒng) RD-EHDJET®
RUIDU EHD電流體動力噴墨打印系統(tǒng) RD-EHDJET®，是一套基于電流體動力學（electrohydrodynamic, EHD）原理的高精度納米材料沉積噴墨打印系統(tǒng)�，F(xiàn)有桌面式（RD-EHD100）、立式（RD-EHD200）和量產(chǎn)型（RD-EHD300）打印系統(tǒng)可供選擇。
與傳統(tǒng)的噴墨打印技術(shù)相比，EHD電流體噴墨打印技術(shù)可以完成再高精度、再精細圖案的噴印，突破了現(xiàn)有噴印技術(shù)在高分辨率打印方面的局限，還可適應更大粘度范圍（0.5~10000cps）的材料。
RD-EHDJET®，在對噴印分辨率要求高的印刷電子（如柔性電極、MEMS氣體傳感器等）、顯示器件（如MicroLed、MiniLed等）、光學器件和微結(jié)構(gòu)打印等領域都可以發(fā)揮準確準、穩(wěn)定、快捷的作用。經(jīng)RUIDU微納制造及生命科學交叉實驗測試中心打印測試，RD-EHDJET®可實現(xiàn)點徑≥1μm，線寬≥0.5μm的圖形和結(jié)構(gòu)；適用于玻璃、PDMS、二氧化硅晶圓、PET等柔性聚合物、多孔基材、金屬涂層表面、金屬等基材。
RUIDU可持續(xù)為打印系統(tǒng)提供玻璃、金屬、陶瓷等類型的適用噴頭，以及經(jīng)實際打印測試驗證的推薦墨水等相關耗材。
▲ 視頻 RUIDU EHD電流體動力噴墨打印系統(tǒng)打印叉指電極
▲ 圖a RUIDU EHD電流體動力噴墨打印系統(tǒng)制備的氣體傳感器敏感材料膜層，沉積區(qū)域：200×200μm
▲ 圖b RUIDU EHD電流體動力噴墨打印系統(tǒng)打印的紅、綠量子點MicroLed，像素坑尺寸：65×75μm
▲ 圖c RUIDU EHD電流體動力噴墨打印系統(tǒng)打印的柔性印刷電子電路，min-width：10μm（參照物：五角硬幣）
▲ 圖d RUIDU EHD電流體動力噴墨打印系統(tǒng)打印的柔性印刷電子電路，min-width：2.3μm（參照物：回形針）
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