液態(tài)金屬(Ga-In合金)作為柔性電子封裝用導(dǎo)體材料,在室溫下即呈現(xiàn)液態(tài),具有良好的工藝適形性、高電導(dǎo)率和無(wú)毒等特性,成為了制備新型柔性導(dǎo)線中的重要導(dǎo)體材料。當(dāng)前制備柔性液態(tài)金屬導(dǎo)線的方法主要為簡(jiǎn)單工具直寫式、打印機(jī)打印法和注射泵擠出法等,在一定程度上存在精度和穩(wěn)定性的問(wèn)題,易導(dǎo)致制備出的柔性導(dǎo)線存在尺寸不均勻的現(xiàn)象。因此,本文提出了一種使用電磁按需驅(qū)動(dòng)制備微滴的方法,研究微滴的形成過(guò)程,為后期柔性導(dǎo)線的3D打印做一些探索性工作。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:在建立物理模型的基礎(chǔ)上,對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)式微噴射的過(guò)程進(jìn)行可行性分析,通過(guò)理論計(jì)算,可得出實(shí)現(xiàn)微噴射的條件。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了電磁驅(qū)動(dòng)微滴噴射系統(tǒng)的設(shè)計(jì),選取了合適的磁場(chǎng)源和電流源;對(duì)驅(qū)動(dòng)腔和輔助裝置進(jìn)行設(shè)計(jì),成功搭建了電磁驅(qū)動(dòng)微滴噴射試驗(yàn)裝置。通過(guò)高速攝影技術(shù)對(duì)微噴射過(guò)程進(jìn)行全程跟蹤拍攝,分析了噴射過(guò)程中電參數(shù)對(duì)于微滴形成過(guò)程的影響�；诖艌�(chǎng)強(qiáng)度0.63T,電流最大幅值可達(dá)40A,噴嘴孔徑為448μm的電磁驅(qū)動(dòng)式微滴制備裝置,研究了驅(qū)動(dòng)波形、電流幅值和頻率以及脈沖加載時(shí)間等控制參數(shù)對(duì)于微噴射過(guò)程的影響。得到僅當(dāng)驅(qū)動(dòng)波形設(shè)置為脈沖波可實(shí)現(xiàn)微噴射頻率與輸入頻率之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的結(jié)論。建立了微噴射過(guò)程電流幅值與最低頻率組配值之間的理論模型,解釋了輸入脈沖電流幅值與微噴射極限頻率之間的正比關(guān)系。通過(guò)調(diào)節(jié)控制參數(shù)(脈沖頻率、電流幅值)研究其對(duì)微噴射過(guò)程中微滴的平均直徑和微滴平均速度的影響,得到輸入脈沖頻率與微滴平均直徑及微滴平均速度成反比,輸入電流幅值與微滴平均直徑和微滴平均速度成正比的結(jié)論。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN05;TG14
【部分圖文】：

第 3 章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建第 3 章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建文設(shè)計(jì)的電磁驅(qū)動(dòng)式微滴噴射實(shí)驗(yàn)平臺(tái)原理如圖 3-1 所示，在驅(qū)動(dòng)腔體大小、波形、方向、頻率可控的電流，在腔體兩側(cè)施加磁場(chǎng)使其與電流正交，此時(shí)驅(qū)動(dòng)腔體內(nèi)的液態(tài)金屬即可在受到洛倫茲力作用從噴嘴處噴設(shè)計(jì)難點(diǎn)是使電流僅流經(jīng)驅(qū)動(dòng)腔體內(nèi)的液態(tài)金屬，而不從其他部分分裝置可繼續(xù)用于后期進(jìn)行柔性導(dǎo)線 3D 打印平臺(tái)的開發(fā)，需要考慮腔體移動(dòng)情況。

但電磁鐵發(fā)熱情況嚴(yán)重，當(dāng)連續(xù)使用超過(guò) 0.5h 時(shí)，由于散熱情況差，兩側(cè)線圈部分發(fā)燙嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了液態(tài)金屬的物理性能；其次該電磁鐵質(zhì)量超過(guò) 45kg，在進(jìn)行微滴噴射裝置搭建時(shí)質(zhì)量過(guò)大導(dǎo)致難以加持。所以選擇磁性與電磁鐵相當(dāng)，且易于裝配的永磁鐵作為磁場(chǎng)發(fā)生源。根據(jù)實(shí)際情況選擇了 20mm*10mm*5mm 的杉鈷耐高溫磁鐵，該磁鐵由釤、鈷和部分稀土組合熔煉制造出的一種磁性材料，這種材料有很強(qiáng)的抗腐蝕、抗氧化性能，且當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)（350℃以內(nèi)），化學(xué)穩(wěn)定性以及溫度穩(wěn)定性都表現(xiàn)良好。該磁鐵作為磁場(chǎng)發(fā)生源既滿足了恒定場(chǎng)強(qiáng)的要求，且質(zhì)量及體積小，便于加持于驅(qū)動(dòng)腔體兩側(cè)，為后續(xù)基于該裝置進(jìn)一步搭建柔性導(dǎo)線 3D 打印平臺(tái)做準(zhǔn)備。杉鈷永磁鐵的材質(zhì)為 Sm2co 2:17。為了獲得大于 0.5T 的場(chǎng)強(qiáng)，選擇兩塊厚度方向充磁的磁鐵進(jìn)行疊加，兩組磁鐵間隔 10mm，此時(shí)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)為恒定的 0.63T使用的杉鈷永磁鐵如圖 3-3 所示。

但電磁鐵發(fā)熱情況嚴(yán)重，當(dāng)連續(xù)使用超過(guò) 0.5h 時(shí)，由于散熱情況差，兩側(cè)線圈部分發(fā)燙嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了液態(tài)金屬的物理性能；其次該電磁鐵質(zhì)量超過(guò) 45kg，在進(jìn)行微滴噴射裝置搭建時(shí)質(zhì)量過(guò)大導(dǎo)致難以加持。所以選擇磁性與電磁鐵相當(dāng)，且易于裝配的永磁鐵作為磁場(chǎng)發(fā)生源。根據(jù)實(shí)際情況選擇了 20mm*10mm*5mm 的杉鈷耐高溫磁鐵，該磁鐵由釤、鈷和部分稀土組合熔煉制造出的一種磁性材料，這種材料有很強(qiáng)的抗腐蝕、抗氧化性能，且當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)（350℃以內(nèi)），化學(xué)穩(wěn)定性以及溫度穩(wěn)定性都表現(xiàn)良好。該磁鐵作為磁場(chǎng)發(fā)生源既滿足了恒定場(chǎng)強(qiáng)的要求，且質(zhì)量及體積小，便于加持于驅(qū)動(dòng)腔體兩側(cè)，為后續(xù)基于該裝置進(jìn)一步搭建柔性導(dǎo)線 3D 打印平臺(tái)做準(zhǔn)備。杉鈷永磁鐵的材質(zhì)為 Sm2co 2:17。為了獲得大于 0.5T 的場(chǎng)強(qiáng)，選擇兩塊厚度方向充磁的磁鐵進(jìn)行疊加，兩組磁鐵間隔 10mm，此時(shí)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)為恒定的 0.63T使用的杉鈷永磁鐵如圖 3-3 所示。

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