【摘要】：電射流打印作為一種新型的打印制造方式,具有打印高分辨率(1μm)微結(jié)構(gòu)的潛力,使其成為國(guó)內(nèi)外專家的研究熱點(diǎn),但是由于其在打印過(guò)程中受到溶液性質(zhì)以及所使用噴針尺寸的限制,使得分辨率難以突破到納米尺度(100nm)。另外影響電射流穩(wěn)定性和打印結(jié)果的因素眾多,包括施加在噴針上的電壓、打印高度、溶液流量以及溶液性質(zhì)(粘度、密度、相對(duì)介電常數(shù))等,這些因素使得打印實(shí)驗(yàn)周期過(guò)長(zhǎng)、難度過(guò)大。因此,本文首先進(jìn)行了同軸電射流仿真,通過(guò)仿真結(jié)果得出各參數(shù)對(duì)射流直徑的影響規(guī)律。然后利用設(shè)計(jì)制造的同軸噴針開(kāi)展了同軸聚焦電射流打印實(shí)驗(yàn),打印出了尺寸小于100nm的結(jié)構(gòu)。首先,本文進(jìn)行了同軸電射流仿真。建立同軸電射流受力模型,分析各個(gè)力對(duì)射流的影響;利用Navier-Stokes方程以及麥克斯韋壓力張量法推導(dǎo)出流體的運(yùn)動(dòng)方程、電場(chǎng)方程、各個(gè)流體之間的界面追蹤方程;將電射流的物理模型轉(zhuǎn)化為幾何模型,設(shè)置邊界條件;進(jìn)行同軸電射流數(shù)值仿真,分析關(guān)鍵打印參數(shù)對(duì)射流的影響,結(jié)果表明射流直徑與電壓成反比,與打印高度和內(nèi)液流量成正比。然后,對(duì)不同的噴針進(jìn)行了仿真,并研制了同軸電射流打印噴頭,用于同軸打印實(shí)驗(yàn)。對(duì)噴針進(jìn)行了仿真,得出最優(yōu)的噴針形狀和相對(duì)長(zhǎng)度;設(shè)計(jì)了合理的同軸電射流打印噴頭結(jié)構(gòu),該噴頭能夠調(diào)整同軸噴針的同軸度以及內(nèi)外噴針相對(duì)長(zhǎng)度,調(diào)節(jié)精度達(dá)到了0.01mm,確保了射流的穩(wěn)定性以及打印結(jié)果的均勻性;加工以及選購(gòu)相應(yīng)的配件,完成了同軸電射流打印噴頭的組裝及調(diào)試;設(shè)計(jì)了同軸打印噴頭夾具,實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外噴針的固定與調(diào)節(jié)。最后,利用仿真結(jié)果指導(dǎo)打印實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行了同軸電射流打印實(shí)驗(yàn),將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了仿真模型的正確性;利用內(nèi)徑為130μm的內(nèi)噴針,分別以光刻膠以及PZT溶膠為內(nèi)液,高粘度硅油為外液,通過(guò)仿真優(yōu)化關(guān)鍵打印參數(shù),進(jìn)行了同軸聚焦電射流打印實(shí)驗(yàn),最終制備了納米尺度的光刻膠線結(jié)構(gòu)(200nm)和PZT線結(jié)構(gòu)(85nm)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.73;O358

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