CN109130184A - 一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的方法 - Google Patents
一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109130184A CN109130184A CN201810919029.8A CN201810919029A CN109130184A CN 109130184 A CN109130184 A CN 109130184A CN 201810919029 A CN201810919029 A CN 201810919029A CN 109130184 A CN109130184 A CN 109130184A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nozzle needle
- jet stream
- pdms
- stream nozzle
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/205—Means for applying layers
- B29C64/209—Heads; Nozzles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
本发明涉及3D打印机喷针制备,特别是涉及一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的方法。本发采用PMMA二维沟道作为诱导图形,通过旋涂PDMS方法,一步制作出电射流喷针纳米通道,制造后的纳米通道深宽约60纳米。整个喷针制造共包含三个步骤。即:带有纳米尺度电射流喷针诱导图形的PMMA基底制造;PDMS甩胶制备电射流喷针纳米通道;纳米尺度电射流喷针封装。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印机喷针制备,特别是涉及一种利用结构诱导法制备材料为PDMS的纳米尺度电射流喷针。
背景技术
主流的3D打印方法有熔融沉积快速成型、光固化成型、三维粉末粘接、选择性激光烧结、分成实体制造和双分子聚合方法。目前只有双分子聚合能够打印出亚微米结构,但是双分子聚合设备极其昂贵,并且双分子聚合能所使用的材料只能为光固化材料,因此双分子聚合3D打印方法很难得到普及。
电射流打印通常用于二维亚微米/纳米结构打印,它是利用液体在电场力、重力、表面张力等多物理场作用下,在打印喷针出口处形成比喷针内径小数倍射流,利用此射流在常温常压下直接打印出所需要的图形。近年来该方法在电子晶体管,忆阻器,微纳传感器,生物材料与结构制备方面展现了突出优势,电射流打印已经被世界各国研究人员所关注。理论上,只要快速打印结构内部的液体,电射流打印亦能够实现三维纳米结构的打印。这一观点已经被韩国蔚山国立科技研究所的科研人员所证实。
利用电射流技术打印三维纳米结构,其中的难点在于如何制作出纳米尺度电射流喷针。因为喷针的尺寸决定了射流直径,从而影响打印出来的图形尺寸。另外纳米尺度电射流喷针在使用过程中,难以清理喷针内孔,使用一段时间后,纳米喷针容易堵塞。此时唯一的方法就是更换纳米喷针。以上表明,必须制作出低成本纳米尺度电射流喷针。传统的纳米尺度电射流喷针制造工艺十分复杂、成本高、依赖于昂贵的设备。目前纳米尺度电射流喷针制造仍然是制约纳米尺度电射流3D打印的主要因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,针对以往传统方法制备纳米尺度电射流喷针成本高、工艺复杂等问题,提出一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的全新方法。
本发明提供的一种利用PMMA二维沟道作为诱导图形,通过旋涂PDMS的方法,一步制作出电射流喷针纳米通道的方法,整个喷针制造包括以下步骤:
1.带有纳米尺度电射流喷针诱导图形的PMMA基底制造
在PMMA塑料基板上压印出宽度和深度约500纳米的纳米沟道,制造出纳米尺度电射流喷针诱导图形(以下简称纳米结构诱导图形)。对带有纳米结构诱导图形的PMMA塑料基板进行三甲基氯硅烷处理。
2.PDMS甩胶制备电射流喷针纳米通道
将步骤1中得到的带有纳米结构诱导图形的PMMA基板置于甩胶机托盘上,将固化剂比例为5:1的PDMS旋涂至PMMA基板上。旋涂后,可在纳米结构诱导图形区域形成深宽约60纳米的通道,将PDMS固化,制造出电射流喷针纳米通道。
3.纳米尺度电射流喷针封装
将步骤2得到的固化后带有喷针纳米通道的PDMS,与另外一片厚度为1毫米的PDMS基板进行键合,形成纳米尺度电射流喷针基板。将喷针基板与PMMA基板分离并打孔,形成纳米尺度喷针储液池。将打孔后的喷针基板与另外一片厚度为0.5毫米的PDMS基板进行键合并切割后,形成最终的纳米尺度电射流喷针。
本发明与现有电射流打印喷针制作方法相比,其优势在于制备工艺极其简单,成本极地低,成品率高,不依赖于需昂贵设备,制备方法便于操作,PDMS本身为高疏水材料,制造出的喷针无需表面处理。
附图说明
图1是纳米尺度电射流喷针制作流程示意图。
图2是纳米尺度电射流喷针结构图。
图中:1PMMA塑料基板;2纳米尺度电射流喷针诱导图形;3旋涂后的PDMS;4电射流喷针纳米通道;5厚度为1毫米的PDMS基板;6纳米尺度电射流喷针储液池;7厚度为0.5毫米的PDMS基板;
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细叙述本发明专利的具体实施方式。
1.带有纳米尺度电射流喷针诱导图形的PMMA基底制造
(1)利用激光切割,切出一块4×5厘米的PMMA塑料基板1。清洗并烘干后,如图1a所示利用热压,在其上压印出宽度和深度约500纳米的纳米沟道,制造出喷针纳米结构诱导图形2。热压的参数为:热压温度为150~200摄氏度,热压压力为1.5~2兆帕,热压时间为15~20分钟。
(2)将热压后带有纳米结构诱导图形的PMMA基板至于干燥塔内。干燥塔内部放入三甲基氯硅烷,蒸发5~10分钟,使带有纳米结构诱导图形的PMMA基底上覆盖一层十几纳米的三甲基氯硅烷,保证PMMA基底具有高疏水性,从而确保PDMS脱模过程中纳米结构不被损坏。
2.PDMS甩胶制备电射流喷针纳米通道
(1)将步骤1中得到的带有纳米结构诱导图形的PMMA基板置于甩胶机托盘上,PMMA基板中心与托盘圆心距离5厘米,并保证PMMA基板上纳米诱导图形线条与托盘-基板中心连线垂直。否则在PDMS甩胶过程中,PDMS流动不均匀,造成纳米尺度电射流喷针纳米通道尺寸均匀性差。
(2)将PDMS(固化剂比例5:1)滴在PMMA基板靠近托盘圆心的位置,滴液量约2毫升。启动甩胶机,旋涂一层约2微米厚的PDMS。甩胶参数为:转速3000~3500转每分钟,甩胶时间为10~15秒。如图1b所示,PDMS 3旋涂后,可在PMMA基板上纳米结构诱导图形区域形成深宽约60纳米的通道4,即形成电射流喷针纳米通道。
(3)将旋涂PDMS后的PMMA基板在水平热板上迅速固化,防止PDMS重新流动造成电射流喷针纳米通道变形。固化温度为300~350摄氏度,固化时间为3~5分钟。
3.纳米尺度电射流喷针封装
(1)如图1c所示,将步骤2得到的固化后带有喷针纳米通道的PDMS,与另外一片厚度为1毫米的PDMS基板5进行键合,形成纳米尺度电射流喷针基板。键合前,需要对这两片PDMS进行氧等离子体处理,以提高键合强度。氧等离子体处理功率为10~15瓦,真空度为55~60帕,处理时间为45~50分钟。
(2)如图1d所示,将纳米尺度电射流喷针基板与PMMA基板分离,然后在带有喷针纳米通道的一侧进行打孔,以防止纳米通道堵塞,形成储液池6。如图1e所示,将打孔后的纳米尺度电射流喷针基板与另外一片厚度为0.5毫米的PDMS基板7进行键合。键合参数与上步PDMS键合参数相同。
(3)对键合后的喷针PDMS基板进行切割,形成纳米尺度电射流喷针,如图2所示。
凡是利用本发明及附图内容的等效方法,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:带有纳米尺度电射流喷针诱导图形的PMMA基底制造
(1)利用激光切割,切出一块4×5厘米的PMMA塑料基板;清洗并烘干后,利用热压,在其上压印出宽度和深度约500纳米的纳米沟道,制造出纳米尺度电射流喷针诱导图形;热压的参数为:热压温度为150~200摄氏度,热压压力为1.5~2兆帕,热压时间为15~20分钟;
(2)将热压后带有纳米尺度电射流喷针诱导图形(以下简称纳米结构诱导图形)的PMMA基板至于干燥塔内;干燥塔内部放入三甲基氯硅烷,蒸发5~10分钟,使带有纳米结构诱导图形的PMMA基底上覆盖一层十几纳米的三甲基氯硅烷;
步骤2:PDMS甩胶制备电射流喷针纳米通道
(1)将步骤1中得到的带有纳米结构诱导图形的PMMA基板置于甩胶机托盘上,PMMA基板中心与托盘圆心距离5厘米,并保证PMMA基板上纳米诱导图形线条与托盘-基板中心连线垂直;
(2)将PDMS(固化剂比例5:1)滴在PMMA基板靠托盘圆心的位置,滴液量约2毫升;启动甩胶机,旋涂一层约2微米厚的PDMS;甩胶参数为:转速3000~3500转每分钟,甩胶时间为10~15秒;PDMS旋涂后,可在PMMA基板上纳米结构诱导图形区域形成深宽约60纳米的通道,即形成电射流喷针纳米通道;
(3)将旋涂PDMS后的PMMA基板在水平热板上迅速固化,防止PDMS重新流动造成电射流喷针纳米通道变形;固化温度为300~350摄氏度,固化时间约3~5分钟;
步骤3:纳米尺度电射流喷针封装
(1)将步骤2得到的固化后带有喷针纳米通道的PDMS,与另外一片厚度为1毫米的PDMS基板进行键合,形成纳米尺度电射流喷针基板;键合前,需要对这两片PDMS进行氧等离子体处理,以提高键合强度;氧等离子体处理功率为10~15瓦,真空度为55~60帕,处理时间为45~50分钟;
(2)将纳米尺度电射流喷针基板与PMMA基板分离,然后在带有喷针纳米通道的一侧进行打孔,以防止纳米通道堵塞;将打孔后的纳米尺度电射流喷针基板与另外一片厚度为0.5毫米的PDMS进行键合;键合参数与上步PDMS键合参数相同;
(3)对键合后的喷针PDMS基板进行切割,形成纳米尺度电射流喷针。
2.根据权利要求1所述的一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的方法,其特征在于,纳米尺度电射流喷针材料采用高粘度聚合物溶液、SU-8胶。
3.根据权利要求1所述的一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的方法,其特征在于,步骤1中纳米尺度电射流喷针诱导图形替换成纳米凸起。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810919029.8A CN109130184B (zh) | 2018-08-14 | 2018-08-14 | 一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810919029.8A CN109130184B (zh) | 2018-08-14 | 2018-08-14 | 一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109130184A true CN109130184A (zh) | 2019-01-04 |
CN109130184B CN109130184B (zh) | 2020-11-03 |
Family
ID=64793089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810919029.8A Active CN109130184B (zh) | 2018-08-14 | 2018-08-14 | 一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109130184B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110587986A (zh) * | 2019-09-18 | 2019-12-20 | 吉林大学 | 一种基于pvc热收缩法制备纳米尺度电射流喷针的方法 |
CN111438944A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-07-24 | 吉林大学 | 一种基于su-8胶电解法制备纳米尺度电射流喷头的方法 |
CN111977611A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-24 | 大连理工大学 | 一种微纳跨尺度聚合物喷针的制造方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6752966B1 (en) * | 1999-09-10 | 2004-06-22 | Caliper Life Sciences, Inc. | Microfabrication methods and devices |
CN101837951A (zh) * | 2010-05-24 | 2010-09-22 | 山东大学 | 图型化电极诱导和微波固化制作纳米结构的装置和方法 |
CN102621805A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-01 | 合肥工业大学 | 基于液气平衡的聚合物纳米通道自构建机理制备微纳米通道的方法 |
CN103235482A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-07 | 苏州大学 | 基于pdms的功能性高分子图案化方法 |
JP2014039499A (ja) * | 2012-08-22 | 2014-03-06 | Hiroshima Univ | 細胞分離チップの製造方法及び細胞分離チップ |
CN104849957A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-19 | 大连理工大学 | 一种带有纳米尺度通道的su-8胶电液动力射流喷针制造方法 |
-
2018
- 2018-08-14 CN CN201810919029.8A patent/CN109130184B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6752966B1 (en) * | 1999-09-10 | 2004-06-22 | Caliper Life Sciences, Inc. | Microfabrication methods and devices |
CN101837951A (zh) * | 2010-05-24 | 2010-09-22 | 山东大学 | 图型化电极诱导和微波固化制作纳米结构的装置和方法 |
CN102621805A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-01 | 合肥工业大学 | 基于液气平衡的聚合物纳米通道自构建机理制备微纳米通道的方法 |
JP2014039499A (ja) * | 2012-08-22 | 2014-03-06 | Hiroshima Univ | 細胞分離チップの製造方法及び細胞分離チップ |
CN103235482A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-07 | 苏州大学 | 基于pdms的功能性高分子图案化方法 |
CN104849957A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-08-19 | 大连理工大学 | 一种带有纳米尺度通道的su-8胶电液动力射流喷针制造方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110587986A (zh) * | 2019-09-18 | 2019-12-20 | 吉林大学 | 一种基于pvc热收缩法制备纳米尺度电射流喷针的方法 |
CN111438944A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-07-24 | 吉林大学 | 一种基于su-8胶电解法制备纳米尺度电射流喷头的方法 |
CN111977611A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-24 | 大连理工大学 | 一种微纳跨尺度聚合物喷针的制造方法 |
CN111977611B (zh) * | 2020-08-31 | 2022-06-14 | 大连理工大学 | 一种微纳跨尺度聚合物喷针的制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109130184B (zh) | 2020-11-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109130184A (zh) | 一种利用结构诱导法制备纳米尺度电射流喷针的方法 | |
CN104002474B (zh) | 具有微纳复合结构的超疏水且粘附可调表面的制备方法及其应用 | |
Huang et al. | Printable functional chips based on nanoparticle assembly | |
CN105058786B (zh) | 一种同轴聚焦电射流打印方法 | |
CN104744049B (zh) | 一种激光烧结3d打印快速成型氮化硅粉末材料的制备 | |
CN103064137B (zh) | 一种非球面微透镜阵列的电场诱导压印方法 | |
CN103434127B (zh) | 基于机械力拉伸的大深宽比纳米纤维结构及其制备方法 | |
Yin et al. | Electrohydrodynamic direct-writing for flexible electronic manufacturing | |
CN110376844A (zh) | 微接触压印方法 | |
CN109049674A (zh) | 一种针对微系统三维立体结构的增材制造装置及方法 | |
CN104689775A (zh) | 一种液滴型微流控芯片及利用其制备PVDF-Fe3O4磁电复合微球的方法 | |
Tu et al. | Rapid prototyping of biodegradable microneedle arrays by integrating CO2 laser processing and polymer molding | |
CN102311094A (zh) | 大面积且尺寸可控的基于su-8光刻胶的纳米流体通道制作方法 | |
US9725307B2 (en) | Method for producing microchannel, and microchannel | |
CN109278219A (zh) | 一种微针模板及其制备方法与应用 | |
Zhu et al. | Programmable pulsed aerodynamic printing for multi-interface composite manufacturing | |
CN207680633U (zh) | 一种用于油包水液滴生成的离心式微流控芯片 | |
CN104708800A (zh) | 制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法 | |
CN103197362B (zh) | 一种类抛物面微透镜阵列的电场诱导流变成形方法 | |
CN111438944B (zh) | 一种基于su-8胶电解法制备纳米尺度电射流喷头的方法 | |
Jiao et al. | Experimental research of drop‐on‐demand droplet jetting 3D printing with molten polymer | |
CN102654458B (zh) | 波导型表面等离子体共振传感器芯片的制作方法 | |
Wang et al. | A method for manufacturing flexible microfluidic chip based on soluble material | |
CN208914602U (zh) | 一种针对微系统三维立体结构的增材制造装置 | |
CN102358611B (zh) | 一种制造抛物凹面微透镜阵列的介电泳力压印成形方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |