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等离子体处理可以提高喷墨打印基板表面润湿性,改善打印效果

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-11-04
近年来,印刷电子因成本低、能耗低、工艺简便等优势,在微电子制造领域展现出巨大的应用潜力,引起了人们的广泛重视。喷墨打印作为一种重要的印刷电子工艺,能够通过电脑编程直接实现图形化,相比真空光刻工艺,具有快速、灵活等优势,因此一直以来都是学术研究的热点。喷墨打印中涉及到墨水材料的喷射及其在打印基底上的沉积过程,在这个过程中墨水将接触到喷头及基板材料并发生润湿行为,因此材料界面的润湿问题关系到打印的图形化以及功能化效果,对最终打印结果有着重要影响。对衬底进行等离子体处理,经过处理后,墨水与基底的接触角明显发生改变,可以有效解决了墨水浸润性差,无法打印出理想图形的问题。
喷墨打印机
喷墨打印机
从界面的角度来看,喷墨打印中的润湿问题主要是墨水-打印基底的界面润湿问题;单纯从表面的角度来看,喷墨打印中的润湿问题可以分为墨水(液相)的润湿性问题以及基板(固相)的润湿性问题。墨水成分、基板材料很大程度上决定了其表面张力以及表面自由能,通过调整墨水溶剂的配方或加入添加剂以及改变基板材料成分能够显著改变其润湿性。此外,对固体基板来说,还可以对其进行各种表面修饰和处理,通过改变其表面物理化学结构来调整表面自由能,从而改善液相与固相的润湿效果,或使基板不同区域产生润湿性差异,约束液相在特定固相区域上的润湿行为,从而实现特殊的打印需求。
等离子体处理
等离子体处理可以提高基板表面润湿性 、 改善打印效果

等离子体是气体分子在真空、放电等特殊场合下产生的独特现象和物质。典型的等离子的包括:电子、离子、自由基和质子等。一定量的离子体是由带电粒子和中性粒子(包括原子、离子和自由粒子)混合组成。

等离子处理是基板表面改性的重要工艺之一,其原理是利用交变电场使气体分子电离产生等离子,气体所产生的自由基和离子活性很高,其能量足以破坏几乎所有的化学键。等离子体对基板表面进行物理轰击和化学反应,改变表面的物理化学组成,引入亲水基团,从而实现表面改性,可以增大基底材料表面能和表面张力,减小其与墨水间的接触角大小。

含氧基团尤其是C=O的含量上升是表面亲水性提升的关键。等离子处理还有清除表面污染物的作用。研究发现基板表面的污染物对喷墨打印中墨滴在基板上的形状具有重要影响。因此通过氧等离子处理来移除这些污染物能够显著改善打印图形的质量。

现阶段的研究表明,通过对墨水组分和基板材料进行调节以及对基板进行表面处理能够有效改善喷墨状态、墨水铺展效果以及打印表面形貌。此外,在保证良好打印质量的基础上,通过改变基板特定区域的亲疏水性质,能够实现一些预设的图形化效果,如高分辨打印。现阶段研究主要从墨水的润湿性控制以及基板的润湿性控制两个方面展开,其中对基板润湿性的研究较多。这是由于基板作为承载打印图形的载体,能够直接影响到打印的图形化效果。


等离子处理作为重要的表面改性工艺,具有优异的亲水处理效果,可以方便快捷地进行大面积且均匀的亲水处理,因而在喷墨打印领域能够发挥重要作用。处理后的基板如果暴露在空气中,其处理效果将随时间延长而迅速减弱,因此在处理后需要尽快使用。
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