CN112874165A - 一种等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置及喷印方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于柔性曲面电子共形微纳制造相关技术领域，其公开了一种等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置及喷印方法，装置包括墨水模块、等离子体模块及感应电场模块，墨水模块用于将墨液材料输送到喷嘴中，等离子体模块用于放电产生等离子体，感应电场模块用于感应电荷形成电场以使墨液喷射；墨水模块、等离子体模块及感应电场模块相配合以实现等离子体感应强电场诱导电流体泰勒锥实现驱动墨水射流喷射。利用等离子体的感生强电场来聚焦电喷射流飞行通道的空间电场，加以等离子体气流的流场进行复合约束射流鞭动和减小非均匀电场所导致曲面沉积时滑移。本发明实现射流/墨滴的精准定向运输，并实现射流/墨滴高精度高分辨率精准曲面共形定位沉积。

Description

一种等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置及喷印方法

技术领域

本发明属于柔性曲面电子共形微纳制造相关技术领域，更具体地，涉及一种等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置及喷印方法。

背景技术

喷印技术直接在平面/曲面、有机/无机等多种基底上实现微纳结构的大面积、异质多层、高精度制造，被认为是柔性曲面电子制造的理想方式。电流体喷印利用高压电场诱导喷嘴处的悬滴发生流变以形成泰勒锥，射流/液滴从泰勒锥顶端射出，实现微纳米尺寸液滴喷印，可以利用高粘性溶液制备微纳结构，突破了传统喷印墨水兼容性、打印分辨率低等技术瓶颈，又能保持传统喷墨打印低成本、大面积、高效率、非接触式、与R2R制造具有良好兼容性等特点，还具有分辨率高、材料可打印范围广、打印模式多等独特优势。电喷印精度取决于电场中带电液滴/射流的喷射频率与飞行轨迹。其中的电纺直写被看作最具有应用前景的宏-微-纳跨尺度三维结构打印制造技术之一，但实现电纺纤维曲面共形精准直写沉积，使该技术成为柔性曲面电子的实用化制造手段，必须解决曲面衬底及其所引起非均匀电场对射流运动和定位沉积的影响。

电喷印中稳定锥射流的形成须达到临界场强阈值，但在曲面基底打印时，大型曲面绝缘基板的剖面较高/厚，通常难以构建足够的电场强度。电喷印所形成的微液滴/射流自身携带电荷，其空间飞行轨迹容易遭受外界电磁场干扰，在高介电材质表面或电荷耗散过慢的表面(如绝缘基板等)沉积时会累积电荷并产生库仑斥力，导致后续墨滴/射流出现偏移、反弹、回缩或者鞭动等异常现象；而曲面衬底或已打印结构则会引起空间电场的不均匀性，影响带电微滴/射流的飞行定位，造成射流飞行轨迹紊乱甚至发生劈裂、雾化等失稳现象。

现有的技术中，利用收集板诱导和辅助电极控制是实现电喷印约束沉积的两大类重要控制方法，但均无法兼顾精准控制单根纤维直写沉积与纤维微纳结构的最小分辨率，难以实现高精度高分辨率精准微纳图案的定位沉积；引入鞘层气体聚焦(如流动聚焦、电流动聚焦、气浮沉积)是纺丝射流喷印控制研究新的发展趋势，而迄今为止也大多是针对远场静电纺丝或平面电纺直写展开的，在曲面上进行单根纳米纤维精确沉积和图案化制备控制尚待深入研究。

因此，本领域亟待提出可同步聚焦空间电场和加速表面极化电荷耗散的新型电喷印辅助方法，以实现曲面的射流/墨滴高精度高分辨率的精准定位沉积，克服曲面衬底及其所引起非均匀电场对射流运动和定位沉积的影响，解决复杂型面精细微纳米结构的打印成形，为立体电路、飞行器智能蒙皮、机器人电子皮肤等柔性曲面电子微纳结构的高效、高精共形喷印制造提供技术支撑。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置及喷印方法，所述打印装置引入等离子体约束，利用等离子体微细束流同轴静电感应极化墨液并发生喷射，利用等离子体射流的局域动态强电场聚焦电喷射流飞行通道空间电场，同轴约束射流鞭动并减小非均匀电场所导致的曲面沉积滑移，借助气态导体电极削弱高介电衬底表面残留电荷干扰，可以实现射流/墨滴高精度高分辨率的精准定位沉积，克服曲面衬底及其所引起非均匀电场对射流运动和定位沉积影响的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，所述打印装置包括墨水模块、等离子体模块及感应电场模块，所述墨水模块用于将打印用的墨液材料输送到喷嘴中，所述等离子体模块用于放电产生等离子体，所述感应电场模块用于感应电荷形成电场以使墨液喷射；

所述墨水模块、所述等离子体模块及所述感应电场模块相互配合以实现等离子体感应强电场诱导电流体泰勒锥实现驱动墨水射流喷射，同时利用等离子体的感生强电场来聚焦电喷射流飞行通道的空间电场，加以等离子体气流的流场进行复合约束射流鞭动和减小非均匀电场所导致的曲面沉积滑移，如此实现了射流/墨滴的定向运输。

进一步地，所述墨水模块包括玻璃管，所述玻璃管的下端形成有弧形缩口；所述感应电场模块包括高介电填充物、第一介质管、第一环状金属电极及介电层，所述第一介质管的下端形成有弧形缩口；所述等离子体模块包括第一玻璃介质管及环状电极，所述第一玻璃介质管的上端形成有进气管，下端形成有弧形缩口；所述玻璃管形成有弧形缩口的一端收容于所述第一介质管内且邻近所述第一介质管的弧形缩口，另一端凸出于所述第一介质管；所述第一介质管具有弧形缩口的一端穿过所述第一玻璃介质管的缩口，另一端凸出于所述第一玻璃介质管；所述高介电填充物填充在所述玻璃管与所述第一介质管之间，以连接所述玻璃管及所述第一介质管；所述第一环状金属电极设置于所述第一介质管的外壁面，其位于所述第一介质管的弧形缩口处；所述介电层设置在所述环状电极的外壁面，以将所述第一环状金属电极的外露表面全部包裹住；所述环状电极设置在所述第一玻璃介质管的外壁面，且邻近所述进气管设置。

进一步地，所述第一玻璃介质管的弧形缩口的弧度小于所述第一介质管的弧形缩口的弧度；所述高介电填充物邻近所述玻璃管的低端面所处的水平位置高于所述玻璃管的弧形缩口所处的水平面，所述第一介质管的弧形缩口的底端面所处的水平位置低于所述玻璃管的弧形缩口。

进一步地，所述第一环状金属电极底部所处的水平位置与所述玻璃管的缩口处平齐；所述第一玻璃介质管的中心轴、所述玻璃管的中心轴与所述第一介质管的中心轴重合。

进一步地，所述墨水模块包括圆筒状的玻璃管；所述等离子体模块包括第一玻璃介质管及环状电极；所述感应电场模块包括高介电填充物、介质管及诱导针，所述诱导针呈L型；所述第一玻璃介质管的一端设置有进气管，另一端形成有弧形缩口；所述第一介质管具有弧形缩口的一端穿过所述第一玻璃介质管的弧形缩口；所述玻璃管的一端伸入所述第一介质管；所述高介电填充物设置在所述玻璃管与所述第一介质管之间；所述诱导针的一端依次穿过所述玻璃管及所述高介电填充物后贴合在所述第一玻璃介质管上，另一端形成有针尖，所述针尖凸出于所述玻璃管。

进一步地，所述墨水模块包括玻璃管，所述玻璃管的一端形成有弧形缩口；所述感应电场模块包括高介电填充物、第二介质管及第二环状金属电极；所述等离子体模块包括第二玻璃介质管及第三环状金属电极，所述第二玻璃介质管的上端形成有进气管；所述玻璃管形成有弧形缩口的一端收容于所述第二介质管内；所述第二介质管的一端收容于所述第二玻璃介质管；所述高介电填充物填充在所述玻璃管与所述第二介质管之间；所述第二环状金属电极设置于所述第二介质管的内壁面；所述第三环状金属电极设置在所述第二玻璃介质管的外壁面，且邻近所述进气管设置；所述第二介质管、所述第二环状金属电极及所述第二玻璃介质管远离所述进气管的端开口均是向外翻喇叭形。

进一步地，所述第二环状金属电极直接与所述第二介质管贴合，所述第二介质管充当介电层的作用。

进一步地，所述墨水模块包括玻璃管；所述等离子体模块包括小型等离子体喷头；所述感应电场模块包括第二环状金属电极；所述玻璃管竖直放置，其下端为缩口结构，所述第三环状金属电极安置于所述玻璃管的缩口区域外壁，所述小型等离子体喷头倾斜设置在所述玻璃管的一旁，其轴线的延长线与所述第三环状金属电极的外壁面相接。

按照本发明的另一个方面，提供了一种喷印方法，所述喷印方法是采用如上所述的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置进行喷印的。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置及喷印方法主要具有以下有益效果：

1.本发明针对射流鞭动约束和聚焦定位关键科学问题，提供了一种等离子体感应电场同轴诱导喷墨打印的装置及喷印方法，利用等离子鞘聚焦曲面共形电纺直写射流定位沉积，为立体电路、飞行器智能蒙皮、机器人电子皮肤等柔性曲面电子微纳结构的高效、高精共形喷印制造提供技术支撑。

2.本发明利用等离子体为无源电极充电，即利用等离子体感应强电场诱导电流体泰勒锥实现驱动墨液射流喷射，实现一种新型喷射原理。

3.根据以上喷射原理，可以利用等离子体的感生强电场来聚焦电喷射流飞行通道的空间电场，加以等离子体气流的流场进行复合约束射流鞭动，实现射流/墨滴的精准定向运输。

4.利用等离子体射流的强电场及气流流场，可以显著减小非均匀电场所导致的曲面沉积滑移，借助气态导体电极削弱高介电衬底表面残留电荷干扰，实现射流/墨滴高精度高分辨率精准定位沉积。

5.所述高介电填充物填充在所述玻璃管与所述第一介质管之间，以连接所述玻璃管及所述第一介质管并同轴固定两者的相对位置，同时为所述玻璃管内的墨液起到屏蔽感应电荷的作用。

6.由针尖诱导从而更易形成锥形墨滴，在尖部电场急剧增加从而更易形成泰勒锥，这将有利于降低所需的电压，使得等离子体更易产生感应的电荷并导致墨液射流，同时在一个放电周期内墨液回流的时候能够减小溶液内部的回流作用，提高墨液射流的稳定性，扩展喷头的适用性。

7.喇叭形的喷口使得所述弱电离气流有径向向外扩散的趋势，减少了对中间的墨水射流的气流聚焦作用，同时减少了气流的波动影响导致墨水射流可能出现的不平稳现象，扩散了的弱电离气流使得喷头与基底之间的空间中电场趋于稳定，使得电场作用下的墨水射流进入趋于稳定飞行状态。

附图说明

图1是本发明提供的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置剖面示意图；

图2是图1中的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置的工作状态局部示意图；

图3是本发明实施例1提供的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置的剖面示意图；

图4是图3中的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置的使用状态局部示意图；

图5是本发明实施例2提供的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置的剖面示意图；

图6是本发明实施例3提供的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置的剖面示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-玻璃管，2-高介电填充物，3-第一介质管，4-第一环状金属电极，5-介电层，6-第一玻璃介质管，7-环状电极，8-等离子体射流，9-弱电离气流，10-墨水射流，11-喷头下方空间，12-基底，13-诱导针，14-第二介质管，15-第二环状金属电极，16-第二玻璃介质管，17-第三环状金属电极，18-小型等离子体喷头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1及图2，本发明提供的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，所述打印装置包括墨水模块、等离子体模块及感应电场模块，所述墨水模块用于将打印用的墨液材料输送到喷嘴中，所述等离子体模块用于放电产生等离子体，所述感应电场模块用于感应电荷形成电场以使墨滴喷射。通过所述墨水模块、所述等离子体模块及所述感应电场模块相互配合，可以实现等离子体感应强电场诱导电流体泰勒锥实现驱动墨液射流喷射，利用等离子体的感生强电场来聚焦电喷射流飞行通道的空间电场，加以等离子体气流的流场进行复合约束射流鞭动和减小非均匀电场所导致的曲面沉积滑移，实现射流/墨滴的精准定向运输，并用气态电极削弱高介电衬底表面残留电荷干扰，实现射流/墨滴高精度高分辨率精准曲面共形定位沉积，克服曲面衬底及其所引起非均匀电场对射流运动和定位沉积的影响，解决复杂型面的精细微纳米结构打印成形难题，为立体电路、飞行器智能蒙皮、机器人电子皮肤等柔性曲面电子微纳结构的高效、高精共形喷印制造提供技术支撑。

所述墨水模块包括玻璃管1，所述玻璃管1的下端形成有弧形缩口。所述感应电场模块包括高介电填充物2、第一介质管3、第一环状金属电极4及介电层5，所述第一介质管3的下端形成有弧形缩口。所述等离子体模块包括第一玻璃介质管6及环状电极7，所述第一玻璃介质管6的上端形成有进气管，下端形成有弧形缩口，所述第一玻璃介质管6的弧形缩口的弧度小于所述第一介质管3的弧形缩口的弧度。

所述玻璃管1形成有弧形缩口的一端收容于所述第一介质管3内，且邻近所述第一介质管3的弧形缩口，另一端凸出于所述第一介质管3。所述第一介质管3具有弧形缩口的一端穿过所述第一玻璃介质管6的弧形缩口，另一端凸出于所述第一玻璃介质管6。所述高介电填充物2填充在所述玻璃管1与所述第一介质管3之间，以连接所述玻璃管1及所述第一介质管3并同轴固定两者的相对位置，同时为所述玻璃管1内的墨液起到屏蔽感应电荷的作用。

其中，所述高介电填充物2邻近所述玻璃管1的低端面所处的水平位置高于所述玻璃管1的弧形缩口所处的水平面，所述第一介质管3的弧形缩口的底端面所处的水平位置低于所述玻璃管1的弧形缩口，以将所述玻璃管1的弧形缩口周围的区域保护住。

所述第一环状金属电极4设置于所述第一介质管3的外壁面，其位于所述第一介质管3的弧形缩口处。所述第一环状金属电极4底部所处的水平位置大致与所述玻璃管1的缩口处平齐。所述介电层5设置在所述环状电极4的外壁面，以将所述第一环状金属电极4的外露表面全部包裹住。

本实施方式中，所述第一玻璃介质管6的中心轴、所述玻璃管1的中心轴与所述第一介质管3的中心轴重合；所述第一玻璃介质管6缩口的下端面所处的水平位置与所述第一环状金属电极4的下端面基本平齐。所述环状电极7设置在所述第一玻璃介质管6的外壁面，且邻近所述进气管设置。

所述玻璃管1的上端口与供墨系统相连接，所述供墨系统以低流速的状态输送到所述玻璃管1中直至其缩口处，所述第一玻璃介质管6的上端进气管连接供气系统，所述供气系统向所述第一玻璃介质管6内通入惰性气体，具体为He或Ar气体。所述环状电极7连接高压电源，高压电源指输出电压在kV级别的电源，具体为脉冲高压电源，高压电源给所述环状电极7提供高电压使得通入的气体发生电离从而产生等离子体射流8，所述等离子体射流8从所述环状电极7的附近处沿着所述第一介质管3与所述第一玻璃介质管6所形成的环形通槽向下喷射，直至所述介电层5和所述第一环状金属电极4的附近。

当所述等离子体射流8喷射至所述介电层5及所述第一环状金属电极4的附近区域时，所述等离子体射流8的头部所带的正电荷将会积累至所述介电层5上端的外表面，使得所述第一环状金属电极4的上端静电感应出负电荷，改变了所述第一环状金属电极4内的电荷分布，继而在所述第一环状金属电极4的下端感应出与上端极性相反的正电荷，所述第一环状金属电极4的正电荷所处的水平位置大致与所述玻璃管1的缩口平齐，所述玻璃管1缩口处的墨液中少量存在的自由电荷在所述第一环状金属电极4下端所形成的电场的作用下发生迁移，大量聚集在墨液-空气交界面上，墨液在重力、表面张力、粘性力和电场力的作用下逐渐发生形变以形成泰勒锥，并喷射出微细的墨水射流10。

所述等离子体射流8喷射至所述介电层5和所述第一环状金属电极4的附近区域时，相当于给所述第一环状金属电极4充电，此时所述等离子体射流8的气体电离程度变弱，变成弱电离气流9，弱电离气流9继续向下喷射，从所述第一玻璃介质管6的缩口处喷射而出进入喷头下方空间11，所述第一介质管3的缩口将所述玻璃管1的缩口附近区域遮住，避免所述弱电离气流9与所述玻璃管1缩口的端口处形成的泰勒锥直接接触导致墨液电荷中和而无法形成泰勒锥射流，由于喷头内部是轴对称的、所述第一玻璃介质管6的缩口有一定弧度、以及气流本身的流体性质，所述弱电离气流9在喷头下方空间11内有气流聚焦的作用，所述弱电离气流9所带的电场又会在喷头下方空间11内产生一个径向聚焦的电场，在气流聚焦和电场聚焦的共同作用下，墨水射流10将会进一步减小其束径，在空中飞行输运，并最终沉积于所述基底12上，且所述基底12可以是平面或者曲面，导电或者绝缘的基板，而所述弱电离气流9可以显著减少基底12上的表面残留电荷干扰，从而实现同轴约束射流鞭动并减小非均匀电场所导致的曲面沉积滑移，削弱高介电衬底表面残留电荷干扰，实现射流/墨滴高精度高分辨率的精准定位沉积，克服曲面衬底及其所引起非均匀电场对射流运动和定位沉积影响的问题。

请参阅图3及图4，本发明实施例1提供的等离子体微束同轴电极化诱导电喷打印装置用于输送墨滴的墨水模块和用于产生等离子体的等离子体模块与图1所示的打印装置中的基本相同。所述墨水模块包括玻璃管1，所述等离子体模块包括第一玻璃介质管6及环状电极7，且所述玻璃管1收容于所述第第一介质管3内的一端未形成缩口，其呈圆筒状。所述感应电场模块中原本的第一环状金属电极4改为诱导针13，所述介电层5采用所述第一介质管3的管壁代替，由此所述感应电场模块包括高介电填充物2、第一介质管3及诱导针13，所述诱导针13的材质为金属，其呈L形。所述诱导针13的一端水平设置，该端穿过所述玻璃管1及所述高介电填充物2后紧紧贴合于所述第一介质管3的内壁，所述诱导针13的另一端形成有针尖，且竖直设置，针尖所处的水平位置略低于所述玻璃管1缩口的端面，即针尖稍许凸出于所述玻璃管1的管口。

供墨系统将墨液以低流速的状态输送到所述玻璃管1中，墨液将会浸没所述诱导针13露在所述玻璃管1内的部分直至流到所述玻璃管1的缩口处，并将沿着所述诱导针13凸出于所述玻璃管1缩口端面的细微针尖进一步流动，直至全部覆盖所述诱导针13，此时在所述玻璃管1的端口处已经形成了由针尖导致的锥形。

当所述等离子体射流8喷射到所述诱导针13的L形横杆端面的附近区域时，所述等离子体射流8头部所带的正电荷将会积累至所述第一介质管3与所述诱导针13的L形横杆端面贴合的区域的壁面上，使得所述诱导针13的上端静电感应出负电荷，改变了所述诱导针13内的电荷分布，进而在所述诱导针13的下端针尖处感应出与上端极性相反的正电荷，由于针尖处曲率半径小，因此电场的强度比较大，又因为在针尖处原本已经形成了墨液的锥形结构，该锥形墨液的电场急剧增大并很容易的形成泰勒锥喷射出微细的墨水射流10，所述等离子体射流8为所述诱导针13充电而变成弱电离气流9，所述弱电离气流9继续向下喷射进入喷头下方空间11，所述弱电离气流9所带的电场又会在喷头下方空间11内产生一个径向聚焦的电场，在气流聚焦和电场聚焦的共同作用下，墨水射流10进一步减小束径，在空中飞行输运并最终沉积于所述基底12上。

本发明实施例1提供的打印装置简化了感应金属电极的放置，由针尖诱导从而更易形成锥形墨滴，在尖部电场急剧增加从而更易形成泰勒锥，这将有利于降低所需的电压，使得等离子体更易产生感应的电荷并导致墨液射流，同时在一个放电周期内墨液回流的时候能够减小溶液内部的回流作用，提高墨液射流的稳定性，扩展喷头的适用性。

请参阅图5，本发明实施例2提供的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置所包含的墨水模块与等离子体模块的工作原理与图1的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置中的分别对应一致，其中，所述墨水模块包括玻璃管1，供墨系统将墨液以低流速的状态输送到所述玻璃管1中直至其缩口处，等离子体模块产生等离子体射流沿着环形通道向下喷射，感应电场模块中的第二介质管14对应于图1中的第一介质管3，第二环状金属电极15对应于图1中的第一环状金属电极4，第二玻璃介质管16对应于图1中的第一玻璃介质管6，区别在于所述第二介质管14、所述第二环状金属电极15及所述第二玻璃介质管16的下端开口均是向外翻喇叭形，当气流喷射出喷头时会向外部扩散，所述第二环状金属电极15直接与所述第二介质管14贴合，所述第二介质管14充当介电层的作用。

当所述等离子体射流8喷射至所述第二环状金属电极15附近时，所述等离子体射流8头部所带的正电荷将会积累至所述第二介质管14与所述第二环状金属电极15贴合部位的表面，使得所述第二环状金属电极15的上端静电感应出负电荷，下端感应正电荷，环状金属电极正电荷的水平位置大致与所述玻璃管1的缩口平齐，所述玻璃管1缩口处的墨液中少量存在的自由电荷在第二环状电极15下端所形成的电场的作用下发生迁移并聚集在墨液-空气交界面上，墨液在重力、表面张力、粘性力和电场力的作用下，逐渐发生形变形成泰勒锥，并喷射出微细的墨水射流10。

所述等离子体射流8由于给所述第二环状金属电极15充电而电离程度减弱变成弱电离气流9，所述弱电离气流9从喇叭形的喷口射出以进入喷头下方空间11，喇叭形的喷口使得所述弱电离气流9有径向向外扩散的趋势，减少了对中间的墨水射流10的气流聚焦作用，同时减少了气流的波动影响导致墨水射流10可能出现的不平稳现象，扩散了的弱电离气流9使得喷头与基底12之间的空间中电场趋于稳定，使得电场作用下的墨水射流10进入趋于稳定飞行状态，并最终沉积在基底12上。

本发明实施例2提供的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置相对于图1所示的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，进一步简化了感应金属电极的放置，并且避免了气体气流对于墨液射流可能产生的波动影响，同时稳定了喷头与基板之间的电场，从流场和电场两个方面增加了打印射流的稳定性，使得打印装置能在基板上进行堆叠打印从而形成稳定的高精度的3D微纳结构，扩宽了喷头的打印应用场合。

请参阅图6，本发明实施例3提供的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置是图1中的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置简易变形结构，其墨水模块包括玻璃管1，等离子体模块包括小型等离子体喷头18，感应电场模块包括第三环状金属电极17；其中，所述玻璃管1竖直放置，其下端为缩口结构，所述第三环状金属电极17安置于所述玻璃管1的缩口区域外壁，所述小型等离子体喷头18倾斜设置在所述玻璃管1的一旁，其轴线的延长线与所述第三环状金属电极17的外壁面相接。

所述玻璃管1的上端与供墨系统连接，供墨系统将墨液以低流速的状态输送到所述玻璃管1中直至其缩口处，所述小型等离子体喷头18产生出一个细微的等离子体射流8并向所述第三环状金属电极17喷射，当所述等离子体射流8撞击在所述第三环状金属电极17上时，等离子体中的电荷物质将转移至所述第三环状金属电极17上使其带上很高的电压，产生高压电场，高压电场的作用使弧形缩口处的墨液中所存在少量自由电荷发生迁移并大量聚集在气液交界面上，墨液在重力、表面张力、粘性力和电场力的作用下，逐渐发生形变形成泰勒锥并喷射出墨水射流10。

本发明实施例3提供的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置相比于图1中的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，进一步简化了喷印结构与复杂性，通过等离子体给金属电极充电的方式起到了电极连接高压的作用，使喷射过程及装置简便，适用于更简易的场合。

本发明还提供了一种喷印方法，所述喷印方法是采用如上所述的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置进行喷印的。

本发明通过等离子体感应电场同轴诱导墨液喷射，利用等离子体射流局域动态强电场聚焦电喷射流飞行通道空间电场，同轴约束射流鞭动并减小非均匀电场所导致的曲面沉积滑移，借助气态导体电极削弱高介电衬底表面残留电荷干扰，可实现射流/墨滴高精度高分辨率的精准定位沉积，克服曲面衬底及其所引起非均匀电场对射流运动和定位沉积影响的问题。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，其特征在于：

所述打印装置包括墨水模块、等离子体模块及感应电场模块，所述墨水模块用于将打印用的墨液材料输送到喷嘴中，所述等离子体模块用于放电产生等离子体，所述感应电场模块用于感应电荷形成电场以使墨液喷射；

所述墨水模块、所述等离子体模块及所述感应电场模块相互配合以实现等离子体感应强电场诱导电流体泰勒锥实现驱动墨滴射流喷射，同时利用等离子体的感生强电场来聚焦电喷射流飞行通道的空间电场，加以等离子体气流的流场进行复合约束射流鞭动和减小非均匀电场所导致曲面沉积时滑移，实现了射流/墨滴的定向运输。

2.如权利要求1所述的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，其特征在于：所述墨水模块包括玻璃管，所述玻璃管的下端形成有弧形缩口；所述感应电场模块包括高介电填充物、第一介质管、第一环状金属电极及介电层，所述第一介质管的下端形成有弧形缩口；所述等离子体模块包括第一玻璃介质管及环状电极，所述第一玻璃介质管的上端形成有进气管，下端形成有弧形缩口；所述玻璃管形成有弧形缩口的一端收容于所述第一介质管内且邻近所述第一介质管的弧形缩口，另一端凸出于所述第一介质管；所述第一介质管具有弧形缩口的一端穿过所述第一玻璃介质管的缩口，另一端凸出于所述第一玻璃介质管；所述高介电填充物填充在所述玻璃管与所述第一介质管之间，以连接所述玻璃管及所述第一介质管；所述第一环状金属电极设置于所述第一介质管的外壁面，其位于所述第一介质管的弧形缩口处；所述介电层设置在所述环状电极的外壁面，以将所述第一环状金属电极的外露表面全部包裹住；所述环状电极设置在所述第一玻璃介质管的外壁面，且邻近所述进气管设置。

3.如权利要求2所述的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，其特征在于：所述第一玻璃介质管的弧形缩口的弧度小于所述第一介质管的弧形缩口的弧度；所述高介电填充物邻近所述玻璃管的低端面所处的水平位置高于所述玻璃管的弧形缩口所处的水平面，所述第一介质管的弧形缩口的底端面所处的水平位置低于所述玻璃管的弧形缩口。

4.如权利要求2所述的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，其特征在于：所述第一环状金属电极底部所处的水平位置与所述玻璃管的缩口处平齐；所述第一玻璃介质管的中心轴、所述玻璃管的中心轴与所述第一介质管的中心轴重合。

5.如权利要求2所述的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，其特征在于：所述墨水模块包括圆筒状的玻璃管；所述等离子体模块包括第一玻璃介质管及环状电极；所述感应电场模块包括高介电填充物、介质管及诱导针，所述诱导针呈L型；所述第一玻璃介质管的一端设置有进气管，另一端形成有弧形缩口；所述第一介质管具有弧形缩口的一端穿过所述第一玻璃介质管的弧形缩口；所述玻璃管的一端伸入所述第一介质管；所述高介电填充物设置在所述玻璃管与所述第一介质管之间；所述诱导针的一端依次穿过所述玻璃管及所述高介电填充物后贴合在所述第一玻璃介质管上，另一端形成有针尖，所述针尖凸出于所述玻璃管。

6.如权利要求1所述的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，其特征在于：所述墨水模块包括玻璃管，所述玻璃管的一端形成有弧形缩口；所述感应电场模块包括高介电填充物、第二介质管及第二环状金属电极；所述等离子体模块包括第二玻璃介质管及第三环状金属电极，所述第二玻璃介质管的上端形成有进气管；所述玻璃管形成有弧形缩口的一端收容于所述第二介质管内；所述第二介质管的一端收容于所述第二玻璃介质管；所述高介电填充物填充在所述玻璃管与所述第二介质管之间；所述第二环状金属电极设置于所述第二介质管的内壁面；所述第三环状金属电极设置在所述第二玻璃介质管的外壁面，且邻近所述进气管设置；所述第二介质管、所述第二环状金属电极及所述第二玻璃介质管远离所述进气管的端开口均是向外翻喇叭形。

7.如权利要求6所述的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，其特征在于：所述第二环状金属电极直接与所述第二介质管贴合，所述第二介质管充当介电层的作用。

8.如权利要求6所述的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置，其特征在于：所述墨水模块包括玻璃管；所述等离子体模块包括小型等离子体喷头；所述感应电场模块包括第二环状金属电极；所述玻璃管竖直放置，其下端为缩口结构，所述第三环状金属电极安置于所述玻璃管的缩口区域外壁，所述小型等离子体喷头倾斜设置在所述玻璃管的一旁，其轴线的延长线与所述第三环状金属电极的外壁面相接。

9.一种喷印方法，其特征在于：所述喷印方法是采用权利要求1-8任一项所述的等离子微束同轴电极化诱导电喷打印装置进行喷印的。

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