CN110142962A - 一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置及印刷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置及印刷方法；该装置的3D打印印章中设置有若干个毛细通道，毛细通道内装载有纳米材料水溶液，通过将毛细通道的底端和纸张接触，使得在纸张上沉积出目标的印刷图案；当墨水与纸张接触时，纸张中的纤维素纤维诱导这些纤维产生毛细力，使纳米材料水溶液迅速扩散到纸张中纸纤维的3D多孔空间内，且由于溶质纳米材料的尺寸与滤纸孔径相近，使其主要沉积在纸张的孔隙里，完成纸基纳米材料的印刷；本发明利用了纸张的毛细力和3D打印印章的毛细力，无需动力，使得纳米材料水溶液沉积在纸基上，完成图案的印刷印刷；本发明将纳米材料的水溶液作为墨水，墨水组成简单，可印刷的纳米材料种类丰富，适用范围更广。

Description

一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置及印刷方法
【技术领域】
本发明属于纳米材料印刷领域，具体涉及一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置及印刷方法。
【背景技术】
现在，纳米材料印刷在生物医学工程，生物分析和柔性电子等领域蓬勃发展。各种纳米材料已被应用于印刷技术，可印刷的纳米材料包括纳米管，纳米线，纳米片(如氧化石墨烯)和纳米粒子(如水凝胶)，印刷技术包括喷墨，丝网，凹版印刷，柔版和胶版印刷。文献报道揭示，在这些纳米材料印刷方法中，昂贵而精密的仪器，复杂的工艺和专门配制的油墨正在成为限制其发展主要因素。特别是，为了使这些印刷方法适应具体的应用场景，纳米材料必须与复合添加剂严格按照特定的配比，才能配制出可印刷的墨水。这种情况极大限制了纳米材料印刷方法的一般适用性。因此，开发简单，低成本且普遍适用的纳米材料印刷方法仍然是紧迫和具有挑战性的。
此外，面向可穿戴和便携式设备的应用需要，用于纳米材料印刷的传统基材，包括金属箔，玻璃和半导体，已经逐渐显示出其固有的缺点，例如质量重和硬度大。相反，纸张作为一种新型的纳米材料印刷基材，具有柔韧性好，质量轻和廉价等优点，越来越大地激发了科学家和技术人员的兴趣。纸张主要由具有三维多孔结构的纤维素纤维随机交叉连接而制成的，同时显示出固定纳米材料和去除溶剂的潜力。实际上，这个过程是由纤维素的亲水性和多孔性引起的毛细管力所驱动的，这使得纸张成为一种天然动力源。更重要的是，这一过程适用于任何水溶液。这意味着不同种类的分散在水中的纳米材料都存在这样的过程。然而，将纸基材的这种毛细属性应用于纳米材料印刷中的研究却没有。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置及印刷方法；该装置和方法利用了纸张的毛细力和3D打印印章的毛细力，无需动力；将纳米材料的水溶液作为墨水，墨水组成简单，可印刷的纳米材料种类丰富，适用范围更广。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置，包括3D打印印章和纸张，3D打印印章沿其竖向的轴线方向设置有若干个毛细通道，毛细通道的下端和纸张接触，毛细通道内装载有纳米材料水溶液。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述3D打印印章包括支撑台和印章；印章设置在支撑台的中心，二者通过连接板固定连接；印章、支撑台和连接板同轴且三者的下端面平齐，连接板的上端面低于印章的上端面和支撑台的上端面；毛细通道设置在印章内。
优选的，印章、支撑台和连接板组成凹槽，凹槽内放置有磁铁；纸张放置在铁板上。
优选的，印章包括同轴的内圈印章和外圈印章，内圈印章固定设置在外圈印章的内部，毛细通道设置在内圈印章内，毛细通道的下表面凸出内圈印章的下表面，外圈印章和连接板及支撑台组成凹槽。
优选的，支撑台的下表面上固定设置有若干个支撑架。
优选的，通过将3D打印印章放置在容器内，在毛细通道内装载纳米材料水溶液，容器内承载有纳米材料水溶液。
一种基于上述印刷装置的毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷方法，包括以下步骤：
步骤1，将3D打印印章浸泡在纳米材料水溶液中，纳米材料水溶液的液面高于毛细通道的下端面，使纳米材料水溶液进入毛细通道中；
步骤2，将3D打印印章从纳米材料水溶液中取出，将3D打印印章放置在纸张上，进行纸基纳米材料的印刷，直至纸张上沉积出印刷的图案。
优选的，步骤2中，所述3D打印印章中放置有磁铁，纸张放置在铁板上。
优选的，步骤2中，纸基纳米材料的印刷过程在真空加热环境中进行，加热温度为20-50℃。
优选的，步骤2中，纸张上沉积出印刷的图案后，裁剪纸张，至纸张的形状为目标纸基底的形状。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置；该装置的3D打印印章中设置有若干个毛细通道，毛细通道内装载有纳米材料水溶液，通过将毛细通道的底端和纸张接触，使得在纸张上沉积出目标的印刷图案；当墨水与纸张接触时，纸张中纤维素纤维的亲水性和多孔性诱导纸张中的纤维产生毛细力，进而整个纸张具有毛细力，使纳米材料水溶液迅速扩散到纸张中纸纤维的3D多孔空间内，且由于溶质纳米材料的尺寸与滤纸孔径相近，使其主要沉积在纸张的孔隙里，完成纸基纳米材料的印刷；该装置简单，利用了纸张和3D打印技术，成本更低；本发明利用了纸张的毛细力和3D打印印章的毛细力，无需动力，使得纳米材料水溶液沉积在纸基上，完成图案的印刷；本发明将纳米材料的水溶液作为墨水，墨水组成简单，可印刷的纳米材料种类丰富，适用范围更广；本发明利用3D打印技术构造待印刷图案，使得可印刷的图案多样化，可扩展性和灵活性更高；本发明实现了纳米材料和纸张的有机结合，应用前景广阔。
进一步的，所述3D打印印章包括支撑台和印章，支撑台用于将印章架装在纸张上，为印章在印刷过程中提供一个稳定的基底，印章内设置有毛细通道，用于和纸张接触进行印刷。
进一步的，印章和支撑台组成凹槽，凹槽内放置有磁铁，纸张放置在铁板上，这种结构可以使纳米材料沉积在由通道侧壁围绕的纸区域上，从而减少纳米材料的向外侧的扩散。
进一步的，印章包括内圈印章和外圈印章，外圈印章用于和连接板及支撑台连接，内圈内设置有毛细通道。
进一步的，支撑台的下表面设置有支撑架，用于稳定的支撑整个印刷装置。
进一步的，3D打印印章在印刷前，通过将整个印章放置在纳米材料水溶液中，使得纳米材料水溶液进入毛细通道中；该过程印章被浸泡在纳米材料水溶液中，由于在油墨和毛细通道之间形成液体弯月面，且通道的尺寸较小，毛细力相对于重力占主导地位，墨水在毛细力的驱动下倾向于进入通道，这使得墨水能够充满通道。
本发明公开了一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷方法，该印刷方法首先通过将3D打印印章浸泡在纳米材料水溶液中，毛细力克服重力使纳米材料水溶液进入毛细通道中；再将3D打印印章放置在纸张上，通过纸张的纤维素纤维诱导产生毛细力，该毛细力和重力共同将印章中的纳米材料水溶液(墨水)沉积在纸张上，完成印刷过程；该印刷过程效率高，能够印刷各种图案，同时因为毛细力印刷的精度高，提升印刷时印刷图案的保真度。
进一步的，印刷过程中，3D打印印章中放置有磁铁，纸张在铁板上，使纳米材料沉积在由通道侧壁围绕的纸区域上，从而减少纳米材料的向外侧的扩散。
进一步的，通过将整个印刷装置放置在真空加热装置中，可以加速沉积过程，起到协同作用，进而最大限度地减少纳米材料向外的扩散。
进一步的，纸张上沉积出印刷的图案后，裁剪纸张至目标纸基底的形状，完成纸基底的制备。
【附图说明】
图1为本发明的印刷装置和容器的装配立体图；
图2为本发明的印刷装置的印刷过程立体示意图；
图3为本发明的印刷装置的剖面立体示意图；
图4为本发明的印刷结果目标纸基底的示意图；
图5为纳米材料水溶液填满毛细通道的原理图；
图6为印刷装置的印刷原理图；
图7为实施例1中印章的结构示意图；其中，(a)图为正面，(b)图为反面；
图8为实施例1印刷结果的光学显微图片和SEM图片；
其中，(a)图为光学显微图片；(b)图为低倍的SEM图片；(c)图为高倍的SEM图片；
图9为空白纸、实施例1-实施例3印刷结果的光学显微图片；
图10为空白纸、实施例1-实施例3印刷结果的SEM图片；
图11为实施例1-实施例3印刷结果扩散率和圆度的对比图；
图12为实施例1、实施例4-实施例6的印刷结果的光学显微图片；
图13为实施例1、实施例4-实施例6的印刷结果的放大光学显微图片；
图14为实施例1、实施例4-实施例6的印刷结果扩散率和圆度的对比图；
图15为实施例1、实施例7-实施例11的设计图案、印刷图案和印刷图案的对照图(图中标尺均为500μm)；
图16为实施例1、实施例7-实施例11的面积比(PD和SD)对比图；
图17为实施例1、实施例7-实施例11的圆度(PP和SP)对比图；
图18为实施例1、实施例7-实施例11的印刷结果扩散率对比图；
图19为实施例12-实施例17的设计图案、印刷图案和印刷图案的对照图(图中标尺均为500μm)；
图20为实施例18-实施例20的印刷结果的显微图片；
图21为空白纸上5×10-2M 4-MBA分子(“0”代表空白纸)和应用例1的纸基底的点1至9上10-7M 4-MBA分子的拉曼光谱对比图；
图22为空白纸上5×10-2M 4-MBA分子(“0”代表空白纸)和应用例1的纸基底的点1至9上10-7M 4-MBA分子的拉曼光谱在波数1078cm-1处的峰面积对比图；
图23为实施例21-实施例22的印刷结果的显微图片；其中，(a)图为实施例21的印刷结果显微图片；(b)图为实施例22的印刷结果显微图片。
其中：1-容器；2-纳米材料水溶液；3-铁板；4-纸张；5-3D打印印章；6-磁铁；7-支撑架；8-毛细通道；9-连接板；10-支撑台；11-印章；12凹槽；11-1-外圈印章；11-2-内圈印章。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，本发明公开了一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置及印刷方法；参见图1和图2，该装置包括容器1、纳米材料水溶液2、3D打印印章5，印刷过程中还涉及到铁板3、纸张4和磁铁6。
参见图1、图2和图3该纳米材料的印刷装置中的结构具体为容器1内装载有纳米材料水溶液2和3D打印印章5，磁铁6设置在3D打印印章5中；3D打印印章5的底部固定设置有支撑架7，3D打印印章5包括支撑台10、连接板9、印章11和支撑架7，印章11包括外圈印章11-1和内圈印章11-2，外圈印章11-1和内圈印章11-2同轴且固定连接，内圈印章11-2固定设置在外圈印章11-1的内部，二者的结构不同，内圈印章11-2沿其轴线方向设置有若干个毛细通道8，毛细通道8的横截面能够为任意形状，毛细通道8的排列关系根据目标印刷形状布置；印章11设置在支撑台10的中间，二者通过连接板9固定连接，印章11、连接板9、和支撑台10的轴线相同，印章11、连接板9、和支撑台10的下端面平齐，连接板9的上端面远低于支撑台10的上端面和印章11的上端面，使得在支撑台10和印章11之间形成一圈凹槽12，凹槽12的形状由磁铁6的形状决定，凹槽12用于放置磁铁6；参见图7中的(b)图，毛细通道8的下端面凸出印章11的下端面，即毛细通道8的下端面凸出内圈印章11-2和外圈印章11-1的下端面；支撑台10的下表面固定设置有若干个支撑架7，以稳定支撑整个印章；容器1能够为任意形状，当印刷印章5浸泡在容器1中时，纳米材料水溶液2的液面高度需高于毛细通道8的下端面，且低于内圈印章11-2的上端面，一般来说，当3D打印印章5用于印刷时，将磁铁6才放置在凹槽12中。
印章的材料为一种树脂材料，为市购材料。
通过该装置印刷的方法，包括以下过程：
步骤1，将纳米材料水溶液2充满毛细通道8；
将3D打印印章5浸泡在纳米材料水溶液2中，保证纳米材料水溶液2的液面高度高于毛细通道8的下端面，且低于内圈印章11-2的上端面，优选的，纳米材料水溶液2的液面高度高于支撑台10的上端面，保证纳米材料水溶液2能够充分的填满毛细通道8，浸泡至纳米材料水溶液2充分的填满毛细通道8；由于在纳米材料水溶液2和毛细通道之间形成液体弯月面，墨水在毛细力的驱动下倾向于进入通道，如图5所示。由于通道的尺寸较小，毛细力相对于重力占主导地位，这使得墨水能够充满通道，能够提升印刷时印刷图案的保真度；所述纳米材料水溶液为氧化石墨烯水溶液、银纳米线水溶液或银纳米芯水溶液。
步骤2，纳米材料的沉积；
将3D打印印章5从容器1中取出，将3D打印印章5放置在纸张4上，纸张4放置在铁板3上，组成毛细力驱动的印刷装置，随后立即将印刷装置(包括3D打印印章5、纸张4、铁板3和磁铁6放置在真空加热装置中，真空加热30分钟，加热温度为20-50℃，优选为30-45℃以形成图案化的纳米材料，完成印刷过程。从图6可以看出，该步骤中，当墨水与滤纸接触时，纤维素纤维诱导产生的毛细力，将使溶剂迅速扩散到纸纤维的3D多孔空间内，然而由于溶质纳米材料的尺寸与滤纸孔径相近，使其主要沉积在纸张的孔隙里。特别地，沉积过程中，将磁铁和铁板增加到印刷装置中以形成对纳米材料的限制作用，这种结构可以使纳米材料沉积在由通道侧壁围绕的纸区域上，从而减少纳米材料的扩散。此外，同时进行的真空加热可以加速沉积过程，起到协同作用，进而最大限度地减少纳米材料的扩散。
步骤3，制备纸基底；
移除印章，根据目标纸基底的形状，将印刷有目标图案的纸张裁剪成为目标纸基底的形状，通过这样的过程，就完成了图案化纳米材料纸基底的制备。
制备好纳米材料纸基底后，通过三个实验参数进行效果的验证，这三个参数分别为：面积比、扩散率和圆度。这三个实验参数综合考虑了印刷表现的两个重要方面：扩散程度和一致性。其中，面积比是3D打印图案面积或印刷图案面积与设计图案面积的比值。PD表示3D打印图案面积与设计图案面积的比值，反映了3D打印的表现。SD表示印刷图案面积与设计图案面积，反映了印刷的理论表现。扩散率是印刷图案面积与3D打印图案面积的比值，反映了印刷的实际表现。扩散率的值≥1，“1”表示无扩散，印刷图案和3D打印图案完全一致；“>1”表示有扩散，且该值越大，印刷图案和3D打印图案的一致性越差；而“<1”表示不均匀，有缺损。圆度可以通过公式4πA/p2计算。其中，圆度的值在0和1之间，A和p分别表示闭合区域的面积和周长。圆度值越接近1，说明越接近真实的圆。这里，3D打印和印刷的圆形图案的圆度分别用PP和SP表示。
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1
参见图7中的(a)图和(b)图，本实施例中，3D打印印章5包括支撑台10、连接板9、印章11和支撑架7，印章11包括外圈印章11-1和内圈印章11-2，外圈印章11-1和内圈印章11-2同轴且固定连接，内圈印章11-2固定设置在外圈印章11-1的内部，内圈印章11-2为长方体，外圈印章11-1为圆柱体，内圈印章11-2沿其轴线方向设置有9个毛细通道8，每一个毛细通道8的直径为14mm，9个毛细通道8成3×3的结构阵列，毛细通道8的横截面为圆形；印章11设置在支撑台10的中间，二者通过连接板9固定连接，印章11、连接板9、和支撑台10的轴线相同，印章11、连接板9、和支撑台10的下端面平齐，连接板9的上端面远低于支撑台10的上端面和印章11的上端面，使得在支撑台10和印章11之间形成一圈凹槽12，凹槽12为圆环状，凹槽12内放置有磁铁6，毛细通道8的下端面凸出印章11的下端面；支撑台10的下表面固定设置有若干个支撑架7；通过该装置印刷具体包括以下步骤：
步骤1，纳米材料的装置；
将3D打印印章5浸泡在AgNWs(1D纳米材料)水溶液2中，保证AgNWs水溶液2的液面高度高于毛细通道8的下端面，且低于内圈印章11-2的上端面，纳米材料水溶液开始浸入毛细通道8中。
步骤2，纳米材料的沉积；
将3D打印印章5从容器1中取出，将3D打印印章5放置在纸张4上，纸张4放置在铁板3上，组成毛细力驱动的印刷装置，纸被孔径为20-25μm的空白滤纸，随后立即将印刷装置(包括3D打印印章5、纸张4、铁板3和磁铁6放置在真空加热装置中，真空加热30分钟，加热温度为30℃，完成印刷过程。
图7是3D打印印章实物的上视图，为(a)图，以及下视图，为(b)图；图8是印刷结果的光学显微图片和SEM图片，光学显微图片如图8中的(a)图所示，从图中可以看出，3×3银纳米线圆形阵列堆叠在纸张的表面上，不同放大倍数的SEM图片如图8中的(b)图和(c)图所示，从中可以看出银线形成了3D网状的高度的随机排列。
实施例2
装置和制备方法均和实施例1相同，但是纳米材料水溶液2不再是AgNWs(1D纳米材料)，AgNWs被GO(2D纳米材料制备)替代。
实施例3
装置和制备方法均和实施例1相同，但是纳米材料水溶液2不再是AgNWs(1D纳米材料)，AgNWs被AgNSs(0D纳米材料)替代。
对比实施例1-实施例3的印刷结果，如图9和图10所示，其中图9为不同的纸张4印刷出的光学图像，图9为不同的纸张4印刷出的SEM图像；纳米材料纸基底包括空白纸，(a)图；2D纳米材料的GO，(b)图；1D纳米材料的AgNWs，(c)图和0D纳米材料AgNSs，(d)图，通过空白纸和其他纸基底的光学显微镜照片对比，表明GO和AgNWs没有空白区域，而AgNFs较大空白区域，即GO和AgNWs比AgNSs更均匀。相应地，空白纸和纳米材料纸基底的SEM图像与其光学显微镜照片表现一致(图10)，其中GO和AgNWs完全覆盖纸，而AgNFs仅部分覆盖纸。通过对图11中三种纸基材扩散速率的定量比较，表明AgNWs的扩散速率略大于1，这实际上是最理想的结果，而GO的扩散速率大约为1.6，AgNFs的扩散速率远小于1。类似地，对于圆度，AgNWs在三种纸基材中保持了最大的圆度。因此，这些结果证实，本发明所提出的方法能够印刷从2D到0D的三种纳米材料。
实施例4
装置和制备方法均和实施例1相同，但是纸张4不再是相同孔径的纸张，纸被孔径为3μm的滤纸替代，同时真空加热时间为45℃。
实施例5
装置和制备方法均和实施例1相同，但是纸张4不再是相同孔径的纸张，纸被孔径为6μm的滤纸替代，同时真空加热时间为20℃。
实施例6
装置和制备方法均和实施例1相同，但是纸张4不再是相同孔径的纸张，纸被孔径为11μm的滤纸替代，同时真空加热时间为50℃。
对比实施例1、实施例4-实施例6的印刷结果，如图12和图13所示，相应滤纸上AgNWs图案化的纸基底的光学显微镜照片被呈现在图12中。从图12的放大图像(图13)，可以观察到随着孔径的增加，空白区域逐渐变小。显然，当孔径为20-25μm时，空白区域消失，这意味着该纸基底相对更均匀。于是，在下文的研究中选择孔径为20-25μm的滤纸作为印刷基底。具体而言，随着孔径的增加，圆度的变化趋势与扩散速率保持一致，同时它们两者分别稳定在1.14和0.77左右(图14)。这种情况表明扩散速率和圆度受孔径尺寸的影响较小。因此，本发明证实了所提出的方法能够在四种孔径的纸和类纸基底上进行印刷，且纸基底呈现出所需的印刷质量。
实施例7
毛细通道8被直径为0.6mm的毛细通道替代，同时真空加热时间为40℃。
实施例8
毛细通道8被直径为0.8mm的毛细通道替代，同时真空加热时间为25℃。
实施例9
毛细通道8被直径为1.0mm的毛细通道替代，同时真空加热时间为35℃。
实施例10
毛细通道8被直径为1.2mm的毛细通道替代，同时真空加热时间为40℃。
实施例11
毛细通道8被直径为1.6mm的毛细通道替代，同时真空加热时间为50℃。
对比实施例1、实施例7-实施例11的印刷结果，如图15所示，通过设计图案，3D打印图案和印刷的AgNWs图案之间的视觉比较，可以看出较好地实现了尺寸可变的AgNWs图案化的纸基底的印刷。图16和图17显示，随着直径的增加，图案的PD值在1附近保持稳定，3D打印圆形图案(PP)的圆度保持在0.85左右，表明3D打印性能比较稳定，通道直径的变化对印刷性能影响不大。同时，图案的SD值略有下降，并且印刷图案(SP)的圆度约为0.77，表明印刷性能不如3D打印性能稳定，但印刷性能在逐渐变好。从图18可以看出，随着直径的增加，图案的扩散速率略有下降并保持>1。至此，本发明实现了尺寸可变的AgNWs图案的印刷并且表现出很好的印刷性能。
实施例12
毛细通道8被角度为30°的八边形的毛细通道替代，如图19所示。
实施例13
毛细通道8被角度为45°的八边形的毛细通道替代，如图19所示。
实施例14
毛细通道8被角度为60°的八边形的毛细通道替代，如图19所示。
实施例15
毛细通道8被角度为75°的八边形的毛细通道替代，如图19所示。
实施例16
毛细通道8被角度为90°的八边形的毛细通道替代，如图19所示。
实施例17
毛细通道8被角度为120°的八边形的毛细通道替代，如图19所示。
对比实施例12-实施例17的印刷结果，如图19所示，可视化地比较了设计图案，印刷图案和印刷的AgNWs图案，以显示该方法在纸基底上印刷角度可变的AgNWs八边形的能力。
实施例18
9个毛细通道8被4个毛细通道的毛细通道替代。
实施例19
9个毛细通道8被16个毛细通道的毛细通道替代。
实施例20
9个毛细通道8被笑脸图案的毛细通道替代。
对比实施例18-实施例20的印刷结果，如图20所示，包括4点阵列，9点阵列，16点阵列和笑脸图案。由于3D打印的引入，极大拓展了图案多样性，本发明将有望为多种应用印刷更加复杂的图案。
应用例1
将实施例1制备的AgNWs纸基底用作表面增强拉曼光谱基底，在空白纸和AgNWs图案纸基底上4-MBA分子的SERS光谱如图21所示，其中纸基底包括区域1至9。拉曼光谱的测量在空白纸和每个AgNWs图案化的区域上进行。本发明通过测量分析增强因子(AEF)以评估纸基底的SERS能力。在此，空白纸和纸基底上吸收的4-MBA分子的浓度分别为5×10-2M和10- 7M.图21中显示了1078cm-1处的峰面积。因此，本发明利用AEF的计算公式和峰面积，计算得到1078cm-1处谱带的平均AEF为4×106。该结果证实纸基底已经被成功地用作SERS基底。本发明所提出的毛细力驱动的印刷方法将有望为SERS基底应用提供有前景的方法。
实施例21
9个毛细通道8被2个线型的毛细通道替代，印刷结果如图23的(a)图所示。
实施例22
9个毛细通道8被2个方波状的毛细通道替代，印刷结果如图23的(b)图所示。
应用例2
将实施例21和22制备的AgNWs纸基底用作电学元件，以构造柔性电路。在所构建的柔性电路中，银浆被用作导电线以连接四个线电极，两个LED灯泡和电池达到稳定电路的目的。为了量化电极的导电率，本发明制备了方波状的电极，23中的(b)图，以通过万用表测量其电阻，读数为0.74Ω。通过点亮LED灯泡和电阻测试显示其具有相当的电学性质，本发明所提出的毛细力驱动的印刷方法将有望为柔性电子应用提供有前景的方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置，其特征在于，包括3D打印印章(5)和纸张(4)，3D打印印章(5)沿其竖向的轴线方向设置有若干个毛细通道(8)，毛细通道(8)的下端和纸张(4)接触，毛细通道(8)内装载有纳米材料水溶液(2)。
2.根据权利要求1所述的一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置，其特征在于，所述3D打印印章(5)包括支撑台(10)和印章(11)；印章(11)设置在支撑台(10)的中心，二者通过连接板(9)固定连接；印章(11)、支撑台(10)和连接板(9)同轴且三者的下端面平齐，连接板(9)的上端面低于印章(11)的上端面和支撑台(10)的上端面；毛细通道(8)设置在印章(11)内。
3.根据权利要求2所述的一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置，其特征在于，印章(11)、支撑台(10)和连接板(9)组成凹槽(12)，凹槽(12)内放置有磁铁(6)；纸张(4)放置在铁板(3)上。
4.根据权利要求3所述的一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置，其特征在于，印章(11)包括同轴的内圈印章(11-2)和外圈印章(11-1)，内圈印章(11-2)固定设置在外圈印章(11-1)的内部，毛细通道(8)设置在内圈印章(11-2)内，毛细通道(8)的下表面凸出内圈印章(11-2)的下表面，外圈印章(11-1)和连接板(9)及支撑台(10)组成凹槽(12)。
5.根据权利要求1所述的一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置，其特征在于，支撑台(10)的下表面上固定设置有若干个支撑架(7)。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷装置，其特征在于，通过将3D打印印章(5)放置在容器(1)内，在毛细通道(8)内装载纳米材料水溶液(2)，容器(1)内承载有纳米材料水溶液(2)。
7.一种基于权利要求1所述印刷装置的毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将3D打印印章(5)浸泡在纳米材料水溶液(2)中，纳米材料水溶液(2)的液面高于毛细通道(8)的下端面，使纳米材料水溶液(2)进入毛细通道(8)中；
步骤2，将3D打印印章(5)从纳米材料水溶液(2)中取出，将3D打印印章(5)放置在纸张(4)上，进行纸基纳米材料的印刷，直至纸张(4)上沉积出印刷的图案。
8.根据权利要求7所述的一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷方法，其特征在于，步骤2中，所述3D打印印章(5)中放置有磁铁(6)，纸张(4)放置在铁板(3)上。
9.根据权利要求7所述的一种毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷方法，其特征在于，步骤2中，纸基纳米材料的印刷过程在真空加热环境中进行，加热温度为20-50℃。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的毛细力驱动的纸基纳米材料的印刷方法，其特征在于，步骤2中，纸张(4)上沉积出印刷的图案后，裁剪纸张(4)，至纸张(4)的形状为目标纸基底的形状。
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