4.5  多用途喷墨材料和分辨率

图4.6 使用不同墨水打印的光学显微镜和SEM（扫描电子显微镜）图片

a）使用导电聚合物PEDOT：PSS打印的点阵，平均直径为10μm b）使用光固化聚氨酯聚合物打印的点阵，平均直径为10μm c）硅纳米粒子荧光图谱（平均粒径为3nm），入射波长为680nm，打印点直径约为4μm d）1-辛醇溶剂悬浮液，单晶硅棒打印光学显微图片 e）以铁蛋白催化剂悬浮液为墨水，退火ST切石英为基板，经过CVD过程制备出平行排列的SWNT阵列SEM照片f）不使用催化剂，将SWNT和表面活性剂加入水基悬浮液中进行打印制备出SWNT阵列的照片（引自参考文献[10].Park，J.-U.et al.（2007）Nature Mater.，6（10），782-789，Copyright Nature Publishing Group）

打印墨水中必须要含有移动电荷，这样才能使电流体动力喷墨过程发生，甚至很小的电荷浓度就足以引发喷墨过程。例如，墨滴的电导率范围在10^-13～10^-3S/m，跨越了10个数量级，依然能引发喷墨过程^[20]。可用于电流体喷墨打印系统的墨水，包括各种多功能的有机、无机材料，例如纳米固体悬浊液^[10-12]。图4.6a和b所示为使用聚合物水基悬浮液（PEDOT：PSS）打印的字母形状点阵，该悬浮液包含聚合物和绝缘的聚氨酯预聚物。图4.6c和d所示为1-辛醇溶剂悬浮液打印出的图案，悬浮质为硅颗粒（平均粒径3nm）和单晶硅棒（长50μm，宽2μm，厚3μm）。另外，如图4.6e所示，以铁蛋白催化剂悬浮液为墨水，退火ST切石英为基板进行打印后，再经过化学气相沉积（CVD）过程，即可制备出在该石英基板上平行排列的单壁碳纳米管（SWNT）。如图4.6f所示，在不使用催化剂的条件下，将SWNT和表面活性剂加入水基悬浮液中进行打印，也能制备出SWNT阵列。图4.6所示的两个样品，使用内径30μm喷头，打印点直径约为10μm。

打印分辨率可通过喷嘴尺寸控制，使用小内径的喷嘴可以使分辨率达到亚微米级^[10，11]。如图4.7a所示为光学显微镜下的肖像打印图，使用聚氨酯为墨水，500nm内径喷嘴，打印点直径为490nm。如图4.7b所示，使用300nm内径喷嘴，点直径能减小到100nm以内。以上试验结果表明，电流体喷墨打印分辨率可达到纳米级，远优于传统热喷墨和压电喷墨系统。

图4.7 高分辨率电流体动力喷墨打印图片

a）光学显微镜下的肖像打印图，聚氨酯为墨水，打印点直径小于490nm（引自参考文献[10]。Park J.-U.et al.（2007）Nature Mater.，6（10），782-789，Copyright Nature Publishing Group.） b）使用DNA（单链）悬浮液打印的原子力显微镜（AFM）图片，打印点直径约为100nm（引自参考文献[11]。Park J.-U.et al.（2008）Nano Lett.，8（12），4210-4216，Copyright American Chemistry Society）