大面積微納結(jié)構(gòu)力控電紡絲直寫工藝與應(yīng)用.pdf

1、柔性電子是新興的電子技術(shù)，目前還沒有相適應(yīng)的制造技術(shù)。噴墨打印技術(shù)可以高效率、低成本、大面積制造微結(jié)構(gòu)，為柔性電子制造提供了可行方案，但存在打印分辯率低、有機(jī)材料兼容性差等不足。針對以上問題，本論文提出了力控電紡絲直寫新工藝，圍繞直寫工藝?yán)碚摻?、工藝可控行，工藝參?shù)規(guī)劃、器件制備和裝備開發(fā)等問題開展系統(tǒng)深入研究。本文主要創(chuàng)新研究工作：
　　1）提出了近場工況下的力控電紡絲直寫工藝，通過基板牽引力與電場力共同作用實現(xiàn)纖維的獨(dú)立可控

2、操作，建立了近場電紡絲帶電射流的飛行動力學(xué)模型，研究了非均勻電場和基板牽引力作用下射流的空間動力學(xué)行為。分析了工藝參數(shù)（基板速度、噴射高度、工作電壓）對射流飛行行為（纖維屈曲和懸鏈線形狀）和沉積纖維形貌（界面形狀與尺寸）的作用規(guī)律，揭示了工藝參數(shù)與基板牽引力的關(guān)系，給出了力控電紡絲射流穩(wěn)定可控的工藝窗口，一步實現(xiàn)纖維的精確定位與形貌控制，制備出納米尺度直線纖維陣列和串珠結(jié)構(gòu)等大面積、高分辨率微納結(jié)構(gòu)。
　　2）建立了基于響應(yīng)曲面方

3、法的力控電紡絲直寫工藝參數(shù)和纖維寬度的多元回歸模型，分析了工藝參數(shù)之間的耦合作用及其對纖維寬度影響的敏感度，實現(xiàn)了任意工藝參數(shù)組合下纖維寬度的精確預(yù)測。提出了力控電紡絲直寫工藝參數(shù)規(guī)劃方法，給出了特定大面積微納結(jié)構(gòu)精確直寫的工藝參數(shù)集合，通過所建立多工藝參數(shù)的優(yōu)選準(zhǔn)則，得到了力控電紡絲直寫工藝的最優(yōu)工藝參數(shù)組合。
　　3）利用力控電紡絲直寫壓電納米線陣列化結(jié)構(gòu)，一步實現(xiàn)納米線的電極化與精確定位，揭示了基板速度對纖維極化程度的影響規(guī)

4、律，結(jié)合刻蝕電極與柔性封裝技術(shù)制備出柔性壓電器件，可將彎曲應(yīng)變轉(zhuǎn)化成電壓電流信號輸出。通過工藝參數(shù)對壓電材料極化度和器件電性能進(jìn)行精密控制，為柔性電子器件數(shù)字化制造奠定基礎(chǔ)。
　　4）提出了電流體動力多模式打印方案，實現(xiàn)以力控電紡絲直寫工藝為核心，電噴霧制膜和按需電流動力噴印為輔的多功能打印技術(shù)，應(yīng)用到自主研制的集成卷到卷、微環(huán)境控制的多功能電流體噴印設(shè)備中，實現(xiàn)了大規(guī)模多級點陣自組裝、大面積高延展性屈曲纖維結(jié)構(gòu)和薄膜的快速直寫。