复合纳米材料的电流体动力学（EHD）打印在各领域的应用
1 正文
上一期我们讨论了不同墨水的物理和化学特性对电流体动力学（EHD）打印质量和打印效果的影响，在本期内容中，我们将概述EHD打印技术在各个领域的应用。
晶体管和显示器
EHD打印有助于半导体材料的精确打印，可有效地应用于晶体管阵列和集成电路的生产。Zhang[2]等人描述了用ZnO对基材进行EHD图案化打印的技术，如图1所示。在另一项研究中，EHD打印应用于p型OTFT中的打印电极，其中多壁碳纳米管/聚苯乙烯磺酸盐（MWCNT/PSS）的打印线表现出显著的电气特性[3]，如图1所示。还研究了EHD打印ZnO半导体直线，用作薄膜晶体管的活性层，生产的器件具有TFT特性，使用少量的铟掺杂有可能提高其整体性能[4]。EHD打印还用于制造PEDOT中的源极和漏极：基于PSS的复合材料，同时满足不对称的p型和n型OFET的需求，在逆变器方向表现出优异的性能，并显示出良好的电压传输特性[5]。
▲ 图1 通过EHD打印复合纳米材料制备晶体管阵列
▲ 图2 通过EHD打印复合纳米材料用于显示器
能量收集和存储EHD打印已广泛应用于电容器和电池等设备的便携式、柔性和可穿戴的电化学储能系统领域制备。在一项研究中[8]，EHD打印被用于制造电化学储能装置，以控制由微尺度碳和镍组成的复合材料的孔隙率，如图3所示。此外，研究人员[9]使用高精度EHD打印技术开发了一种由硒化锰/还原氧化石墨烯组成的柔性小型储能器件，然后将这些器件与触摸控制发光二极管阵列系统耦合，以突出柔性EHD喷射打印微型电池的潜在应用，如图3所示。
▲ 图3 在基板上制造过滤器的组件
▲ 图4 通过EHD打印复合纳米材料用于能量收集和存储
电极和传感器
EHD打印还被用于制造不同的电极和传感器。EHD在银电极上打印厚度为300 nm的甲基红/石墨烯复合片材沉积。通过量化电阻的变化，复合电极成功地用作湿度传感器，实现了传感器的高灵敏度（96.36%电阻和2869500% 的电容湿度灵敏度）。石墨烯/Pt复合微电极的制造涉及EHD按需打印技术的利用[13]，在Pt微电极上打印厚度为5nm的石墨烯线，每条线的电阻为4.2 mΩ cm。电化学测发现G/Pt复合材料微电极的峰值电流是裸Pt微电极的两倍多，显著提高了传感灵敏度。
▲ 图5 通过EHD打印复合纳米材料用于电极和传感器
EHD打印还应用于介电弹性体致动器的自修复电极[14]，致动器显示出其恢复功能的显着能力，实现了高达96.8%的效率，还研究了基于明胶的电极作为应变传感器的潜在适用性，其中拉伸刺激能够被转换为电阻信号。此外，EHD技术被用于制造具有环保型、具有成本效益的可折叠电子产品，其中包括将由PEDOT：PSS和石墨烯组成的复合材料组成的电路印刷到聚乙烯醇制成的薄膜上[15]。此外，还检查了印刷PEDOT：PSS/石墨烯电路形式的电阻温度传感器，用于监测体温和呼吸行为。EHD喷射打印的应用被用于打印用于通信设备和显示器粘合的各向异性导电膜，打印受油墨导电性和印刷条件影响。
生物医疗
EHD打印可应用于生物和健康相关设备，如药物、活组织的递送和健康监测。为了生成微尺度活组织模式，将功能化海藻酸盐和纤维蛋白系统与PEDOT：PSS结合使用[16]，以产生导电水凝胶，如图所示。3D EHD打印用于制造包含亲水和疏水分子的多药复合膜（醋酸纤维素-布洛芬和醋酸纤维素-扑热息痛），复合膜表现出生物相容性和柔性，能够辅助吞咽，可应用于药物联合治疗和个性化医疗[17]。
▲ 图6 通过EHD打印复合纳米材料用于生物医学应用
开发了一种基于熔融的EHD打印方法，来制造由PCL掺入多壁碳纳米管组成的微纤维支架[18]，表现出良好的细胞相容性，力学特性几乎不变但大大降低了纤维支架的阻抗。在另一项研究中[19]，为了实现对实际骨骼中发现的胶原纤维和羟基磷灰石纳米晶体的更准确复刻，通过3D EHD打印制造了由微米级PCL和羟基磷灰石纳米颗粒组成的复合支架，其中复合支架具有生物相容性，有助于体外细胞排列和增殖。这种方法有可能有效调节各种大小和材料的细胞微环境，从而增强组织再生。
其他
为了实现在低强度磁场中实现快速响应、有效控制和人机安全交互，研究人员利用EHD打印沉积软磁致复合材料，以达到高稳定性和线性度状态，使其能够用于多种潜在应用，如致动器。通过使用EHD打印将聚苯胺纳米颗粒掺入银片和热塑性聚氨酯的复合材料中，合成了一种具有优异印刷适性和稳定性的混合导电油墨，打印的柔性加热器表现出卓越的柔韧性和耐用性，拥有45μm的出色分辨率，其电阻在半径为0.5mm的3000次外弯循环后表现出卓越的机械稳定性[20]。加热器也可以贴在个人身上，显示出新型可穿戴电气应用的潜力。
▲ 图7 过滤器的组件制造步骤
在另一项工作中[21]，由介电弹性体致动器提供动力，采用EHD工艺制造了一种混合结构可调透镜。为了制造介电弹性体驱动的组件，采用了基于高度介电硅橡胶的油墨来形成透镜的封装层，该层填充了铜酞菁。已经生产的可调谐镜头表现出以类似于人眼的方式自动改变其焦距的能力，这项创新技术在包括成像、信息存储、光束控制和双焦点技术等一系列应用中具有重大前景。
2 相关设备型号
RUIDU EHD电流体动力喷墨打印系统 RD-EHDJET®
RUIDU EHD电流体动力喷墨打印系统 RD-EHDJET®，是一套基于电流体动力学（electrohydrodynamic, EHD）原理的高精度纳米材料沉积喷墨打印系统。现有桌面式（RD-EHD100）、立式（RD-EHD200）和量产型（RD-EHD300）打印系统可供选择。
与传统的喷墨打印技术相比，EHD电流体喷墨打印技术可以完成再高精度、再精细图案的喷印，突破了现有喷印技术在高分辨率打印方面的局限，还可适应更大粘度范围（0.5~10000cps）的材料。
RD-EHDJET®，在对喷印分辨率要求高的印刷电子（如柔性电极、MEMS气体传感器等）、显示器件（如MicroLed、MiniLed等）、光学器件和微结构打印等领域都可以发挥准确准、稳定、快捷的作用。经RUIDU微纳制造及生命科学交叉实验测试中心打印测试，RD-EHDJET®可实现点径≥1μm，线宽≥0.5μm的图形和结构；适用于玻璃、PDMS、二氧化硅晶圆、PET等柔性聚合物、多孔基材、金属涂层表面、金属等基材。
RUIDU可持续为打印系统提供玻璃、金属、陶瓷等类型的适用喷头，以及经实际打印测试验证的推荐墨水等相关耗材。
▲ 视频 RUIDU EHD电流体动力喷墨打印系统打印叉指电极
▲ 图a RUIDU EHD电流体动力喷墨打印系统制备的气体传感器敏感材料膜层，沉积区域：200×200μm
▲ 图b RUIDU EHD电流体动力喷墨打印系统打印的红、绿量子点MicroLed，像素坑尺寸：65×75μm
▲ 图c RUIDU EHD电流体动力喷墨打印系统打印的柔性印刷电子电路，min-width：10μm（参照物：五角硬币）
▲ 图d RUIDU EHD电流体动力喷墨打印系统打印的柔性印刷电子电路，min-width：2.3μm（参照物：回形针）
参考文献：
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