12.1  简介

喷墨打印是一种无压的点阵技术。它是一种低成本、可靠、快速、方便的打印数码文件的方法。自20世纪50年代喷墨打印开始使用到70年代以来取得了商业上的成功^[1]。在过去的二十年里，喷墨打印在科学研究和技术领域里已经是一个重要的话题^[1-10]。相比其他沉积方法，如移印、丝网印制、喷涂和照相平版打印的打印方法，喷墨打印的主要优点有一步法处理、低成本和紧凑的设备，适用于各种基板。除了传统的应用，喷墨打印已经适应了非传统意义上的应用，例如精密加工的各种设备，比如晶体管、集成电路、导电聚合物设备，结构聚合物和陶瓷部件^[10，11]，生物材料甚至打印生长支架的活体组织^[4，10]，以及用于构建复杂三维对象^[3]和微机电系统（MEMS）^[12]。在电子工业方面，可以用于制造电子设备，比如柔性显示器、射频识别（RFID）标签、传感器、有机发光二极管（OLED）、光伏（PV）设备（包括太阳能电池），使用导电墨水喷墨打印印制电路板（PCB）可以提供低成本的方法在制造业中使用大面积电子宽基板（纸、聚合物、玻璃、金属、陶瓷等），这种方法引起了人们巨大的兴趣^{[2，5，9，11，13-16]}。

理论上，喷墨很简单：墨水液滴从打印头上的一个小口直接喷射到基板上的指定位置产生压力，发送一个电信号到打印头，这样就可以产生一个图像（大多数喷墨打印机是基于按需滴定（DOD）的方法，主要是热和压电的代滴^[1]）。然而可靠运行取决于精心设计、实现和整个系统的操作，通常是由喷墨打印的特定应用所决定的。一个主要的挑战是适当的墨水配方，必须针对于各种打印设备和物理化学性质的基板，它也应该适用于特定功能的打印^[17，18]。

由于复杂的喷墨墨水的性质，它们的设计和制备通常是非常复杂的。除了传统的需求，比如保质期和适当的颜色属性，墨水必须有特定于各种打印设备的物理化学性质。例如每个打印头的表面张力和黏度都有一个特定范围或得合适地喷射（例如，压电式打印头通常是在8～15cP这个范围的油墨黏度起作用，而热打印头需要黏度低于2cP）。正确选择油墨媒介物也很重要，这样的选择可以极大地影响一个特定模式打印的质量要求，甚至最终基板的使用和打印环境。对于这种墨水，它带来了复杂的功能属性以外的图形性能，可能也会出现额外的困难。例如，除了通常的喷墨墨水的要求，导电墨水应该提供打印图案良好的导电性。科学家们准备墨水想获得这样一个功能属性往往相互冲突的方向，导电墨水是由金属纳米颗粒组成的，对稳定的分散粒子最好的凝固方式是通过使用聚合稳定剂。然而想要在打印之后得到良好的导电性能，金属微粒应该形成连续的浸透在打印图样的微粒之间，但是由于聚合稳定剂作为绝缘体存在于微粒之间，所以很难获得这种浸透。

这种需求相互矛盾的另一个例子是紫外光固化墨水。为了获得工业打印系统高吞吐量，应该快速固化打印图案，提供良好的打印分辨率。然而，快速固化不能使液滴在大面积传播，因此，墨水覆盖率很低，这在某些应用中可能是一个问题。克服低覆盖率需要将更多的液滴在基板上，这显然意味着更大的墨水消耗和成本。

因此，在创新喷墨墨水时必须考虑每种元素对墨水总体性能的影响，这包括墨盒的寿命、喷射到基板上的行为以及在打印阶段它对人体健康和环境的影响。

在本章中，讨论了配制喷墨墨水配方的原则和主要参数，主要参数包括墨水制备方法和成分以及墨水在基板上的相互作用，来制备总体性能最佳的墨水。