安泰高压放大器在基于EHD电喷的柔性压力传感器制备研究中的应用

实验名称：基于EHD电喷的柔性压力传感器制备技术研究

研究方向：EHD电喷技术是近年来出现的一种微纳尺度的新型3D打印技术，因其打印精度高、设备操作简单、材料来源广泛以及成本低等特点受到广泛关注，在柔性电子、生物医疗和可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。

实验目的：搭建一套高分辨率电喷印三维工作实验平台，首先在载玻片上进行实验验证理论与数值模拟的正确性，然后在PET膜上实验研究不同工艺参数（电压、气压、喷印速度）对喷印纳米银导电墨水成型性能的影响规律。

测试设备：高压放大器、任意波形信号发生器、高精度智能电压表、开关电源等。

图：EHD电喷实验平台系统框图

实验过程：

图：EHD电喷实验平台结构示意图

搭建三维运动控制系统，使用高压放大器、任意波形信号发生器、高精度智能电压表、开关电源等搭建电压控制系统，使用喷嘴和储料筒搭建供液系统，使用隔膜真空泵、气压控制器、气管和点胶适配管搭建气动系统，最后使用USB电子显微镜和光学显微镜搭建图像采集系统。

实验步骤如下：

（1）将点胶针头安装在胶筒上，然后使用注射器将纳米银导电墨水注射于胶筒中。

（2）通过上位机控制界面调节三维运动平台Z轴高度，使导电喷嘴与接收基板之间的距离为0.5mm。

（3）连接气管与点胶适配管，打开隔膜真空泵和气压调节器，调节气压至所需第4章EHD电喷实验平台搭建与测试36气压，等待气压稳定。

（4）将电压控制系统的电压输出端与点胶喷嘴相连，确保线路连接可靠，打印平台接地良好，点胶喷嘴远离金属器材，保证不受外界环境干扰。

（5）将USB电子显微镜与上位机连接，调整显微镜距离保证能清晰观察喷嘴处画面。

（6）打开电压控制系统仪表箱的品字电源开关，然后依次打开面板上的开关按钮、任意波形信号发生器开关与旋钮开关，设置任意波形信号发生器的输出波形并输出。

（7）将沉积有纳米银墨水的接收基板放在干燥箱中140℃下加热30min，观察沉积状态。

设置如下的实验工艺参数：导电喷嘴与PET距离0.5mm，交流脉冲电压的幅值为1300V、频率为500Hz、占空比为50%，施加的气压为8mmHg。图3所示为在喷印速度为4mm/s、8mm/s、12mm/s、16mm/s、20mm/s、24mm/s、28mm/s下打印导线的对比图。下图4所示为导线线宽与喷印速度关系的点线图。

图3：不同喷印速度打印导线对比图

图4：导线线宽与喷印速度关系的点线图

实验结果：

设计并搭建了高分辨率电喷印三维工作实验平台，介绍了各系统所需要的实验设备及接线方式。所搭建的实验平台具有较高的运动精度为0.05mm，X、Y、Z轴的有效行程分别为30cm、30cm、20cm。通过在载玻片上喷印纳米银导电墨水，研究了直流电压和气压对锥射流形态的影响，得出了与理论分析和仿真结果相同的结论。通过在PET膜上电喷印纳米银导电墨水，研究了喷印电压、喷印气压以及喷印速度对打印图形的影响和规律，最终得出了一组最佳工艺参数为交流脉冲电压的幅值1300V、频率500Hz、占空比50%，气压8mmHg，喷印速度24mm/s，在这组工艺参数下喷印的纳米银导线线宽最小为100μm。

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图：ATA-7020高压放大器指标参数

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审核编辑 黄宇