青島理工：電場驅(qū)動噴射沉積微納3D打印技術(shù)

透明電加熱玻璃是利用透明導(dǎo)電材料通電后的焦耳效應(yīng)而發(fā)熱的一種電加熱玻璃，在汽車、飛機(jī)、船舶、建筑、顯示、國防軍事領(lǐng)域的除霧、除霜和除冰等方面有著非常廣泛和重要的應(yīng)用。但是，當(dāng)前無論是學(xué)術(shù)界還是產(chǎn)業(yè)界，透明電加熱玻璃面臨的一個共同挑戰(zhàn)性難題是如何實(shí)現(xiàn)高綜合性能透明電加熱玻璃的低成本批量化制造。

青島理工大學(xué)山東省增材制造工程技術(shù)研究中心蘭紅波教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出將自主研發(fā)的電場驅(qū)動噴射沉積微納3D打印技術(shù)與UV輔助微轉(zhuǎn)印方法巧妙復(fù)合，在玻璃基材上實(shí)現(xiàn)了具有高光電性能、高附著力以及較好的環(huán)境適應(yīng)性的透明金屬網(wǎng)格制造。而高綜合性能的金屬網(wǎng)格歸因于采用導(dǎo)電性能優(yōu)異的厚膜金屬漿料制造的高分辨率、大高寬比金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

相關(guān)成果于2019年6月24日在線發(fā)表于國際頂尖期刊《Advanced Materials》，朱曉陽博士與許權(quán)碩士為共同第一作者，朱曉陽博士和蘭紅波教授為共同通訊作者。該工藝充分結(jié)合了電場驅(qū)動噴射沉積微納3D打印可大面積、低成本打印大高寬比微尺度模具及UV輔助微轉(zhuǎn)印可成功轉(zhuǎn)印大高寬比微結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)勢。

論文鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902479

微納尺度3D打印是增材制造的前沿技術(shù)和研究熱點(diǎn)，然而，由于微納尺度3D打印技術(shù)難度大且門檻高，目前基本上被德國、美國等少數(shù)國家所壟斷，屬于當(dāng)前我國亟待突破的卡脖子難題。

青島理工大學(xué)山東省增材制造工程技術(shù)研究中心蘭紅波教授團(tuán)隊(duì)長期致力于微納尺度3D打印的研究。近年來，提出并建立了一種原創(chuàng)性的微納增材制造技術(shù)—電場驅(qū)動噴射沉積微納3D打印，研制出國內(nèi)首臺具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的微納3D打印機(jī)。電場驅(qū)動噴射沉積微納3D打印作為一種全新的微納3D打印技術(shù)，在透明電極、血管支架、組織支架、微光學(xué)透鏡、柔性電子、紙基電子、大面積微模具等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。

圖 1.a) TGH 制造過程的示意圖。第 1 步:PMMA 模具采用 EFD 微尺度3D 打印技術(shù)制造,PDMS 模具從 PMMA 模具中復(fù)制。第2步:銀膏被刮掉,用于填充PDMS模具,然后固化。第 3 步:PDMS 模具印在玻璃基板上,上面覆蓋著液體光阻器。然后,它通過紫外線固化,并通過PDMS的脫模將其轉(zhuǎn)移到玻璃基板上。第4步:光刻膠和聚合物在銀膏中分解,然后燒結(jié)。b) PMMA 條紋圖案模具的 SEM 圖像。c) 從 PMMA 模具復(fù)制的帶條紋圖案的凹面 PDMS 模具的 SEM 圖像。d) 填充銀膏的凹面 PDMS 模具的 SEM 圖像。e) 從 PDMS 模具中傳輸?shù)膸�條紋圖案的玻璃基板上的固化銀膏和光刻膠的 SEM 圖像。f) (e) 部分放大的 SEM 圖像g)(f) 的 SEM 側(cè)視圖。

圖 2.銀色網(wǎng)格的 SEM 圖像。

圖 3.銀網(wǎng)光電特性。

圖 4.銀網(wǎng)的加熱和機(jī)械特性。

圖 5.A TGH 除冰試驗(yàn)(玻璃基板面積:100 mm × 100 mm,厚度:5 mm,銀網(wǎng)格面積:60 mm × 70 mm,間距:1000 μm,寬度:15 μm,AR: 0.7)。

綜上，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種使用EFD微尺度3D打印PMMA模具和UV輔助微轉(zhuǎn)移厚膜銀膏來生產(chǎn)高性能TGHs的廉價新技術(shù)。TGHs 具有卓越的光電性能,T 為 93.9%,H 值小于1%,R 值為 0.21 Ω 平方±1。此外,通過監(jiān)測溫度分布和時間響應(yīng),該TGH設(shè)計證明具有均勻、穩(wěn)定的加熱性能。它還表現(xiàn)出顯著的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性,90天后在大氣環(huán)境中的Rs增加微不足道。這包括惡劣的環(huán)境,例如 100°C 處的長期超聲波振動。此外,銀網(wǎng)和玻璃基板之間的附著力足夠強(qiáng),在100次粘附實(shí)驗(yàn)后,R幾乎保持不變。此外,通過成功的除冰試驗(yàn),證明了所提議的TGH的實(shí)際可行性。這些優(yōu)勢可歸因于 EFD 微尺度 3D 打印的新型包含,它可以打印具有高 AR 的 PMMA 模具,以及可成功傳輸厚膜銀膏的 UV 輔助微移工藝。由此產(chǎn)生的TGH提供了前所未有的性能。因此,本文提出的制造方法為生產(chǎn)低成本、高性能的TGHs提供了一個有前途的策略。