发明名称 超微细流体喷射装置
摘要 于靠近供给溶液之超微细径之喷嘴的先端配置基板,同时于该喷嘴内之溶液施加任意波形电压而将超微细径之流体液滴喷着于基板表面所用之一种超微细流体喷射装置,系以备有伴随喷嘴之小径化在喷嘴先端近傍之电场强度较作用于喷嘴及基板间之电场远为大之喷嘴,利用马克士威应力及电湿效果之同时,藉由喷嘴之小径化等降低导电性(conductance),以增加藉电压控制喷出量之控制性,利用荷电液滴缓和蒸发及利用电场加速液滴,从而大幅提高喷着精确度为特征者。
申请公布号 TWI224029 申请公布日期 2004.11.21
申请号 TW092103469 申请日期 2003.02.20
申请人 独立行政法人产业技术总合研究所 发明人 村田 和广
分类号 B05B5/035;B05B5/08;B41J2/01 主分类号 B05B5/035
代理机构 代理人 杜汉淮 台北市中山区吉林路二十四号九楼之六
主权项 1.一种超微细流体喷射装置,其系于靠近供给溶液 之超微细径之喷嘴的先端配置基板,同时于该喷嘴 内之溶液施加任意波形电压而将超微细径之流体 液滴喷着于该基板表面者,其特征乃在将该喷嘴之 内径设为0.01~25m,藉之提高集中于喷嘴先端之集 中电场强度,使施加之电压低电压化。 2.如申请专利范围第1项之超微细流体喷射装置,其 中该喷嘴系由电绝缘材料形成且将电极可被喷嘴 内之溶液浸湿状的配置,或藉由电镀或蒸镀等于喷 嘴内形成电极为其特征。 3.如申请专利范围第1项之超微细流体喷射装置,其 中该喷嘴系由电绝缘材料形成,且于该喷嘴内插置 电极或形成镀膜,同时于该喷嘴之外侧设置电极为 其特征。 4.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该喷嘴为玻璃制之微细毛细管。 5.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该喷嘴连接有一低导电性之流路, 或将该喷嘴本身形成为低导电性之形状为其特征 。 6.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该基板系由导电性材料或绝缘性材 料制成。 7.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该喷嘴与该基板之间距为500m以 下。 8.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该基板系载置于导电性或绝缘性之 基板支承体上。 9.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该喷嘴内之溶液系可被施加压力。 10.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中施加之电压为1000V以下。 11.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该喷嘴内电极或该喷嘴外侧电极系 施加有任意波形电压。 12.如申请专利范围第11项之超微细流体喷射装置, 其系设置有一任意波形电压发生装置,用以发生该 施加用之任意波形电压。 13.如申请专利范围第11项之超微细流体喷射装置, 其中该施加用之任意波形电压为直流。 14.如申请专利范围第11项之超微细流体喷射装置, 其中该施加用之任意波形电压为脉冲波形。 15.如申请专利范围第11项之超微细流体喷射装置, 其中该施加用之任意波形电压为交流。 16.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该施加于喷嘴之任意波形电压V(伏 特)系于下式代表之领域驱动 其中:为流体表面张力(N/m); 0为真空之介质常数(F/m); d:喷嘴口径(m); h:喷嘴与基板之间距(m); k:依喷嘴形状决定之比例常数,设(1.5<k<8.5)。 17.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中施加之任意波形电压为700V以下。 18.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该施加之任意波形电压为500V以下 。 19.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该喷嘴与基板之间距系设为一定, 藉控制上述施加之任意波形电压,控制流体液滴之 喷出。 20.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该施加之任意波形电压系设为一定 ,藉控制上述喷嘴与基板之间距,控制流体液滴之 喷出。 21.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中藉控制该喷嘴与基板之间距及上述 施加之任意波形电压,以控制流体液滴之喷出。 22.如申请专利范围第15项之超微细流体喷射装置, 其中该施加之任意波形电压为交流,藉控制该交流 电压之振动数,控制喷嘴端面之流体的弯液面形状 ,以控制流体液滴之喷出。 23.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中实行控制喷出时之动作频率系藉由 可包挟下式 f=/2 代表之频率f(Hz)调变以进行开闭(on-off)喷出控制, 其中代表流体之导电率(S.1m-1);代表流体之相 对诱电率。 24.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中藉单一脉冲喷出时,系施加由下式 决定之时间常数以上之脉冲宽度t, 其中代表流体之比诱电率;代表流体之导电率 (S.m-1)。 25.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中在圆筒状之流路流体流量Q为 时,将驱动电压施加时之每单位时间之流量设定10- 10m3/s以下; 式中d代表流路之直径(m);为流体之粘性系数(Pa.s );L为流路之长度(m);0为真空之诱电率(F.m-1);V为 施加电压(V);为流体之表面张力(N.m-1);k为依喷嘴 形状决定之比例常数(1.5<k<8.5)。 26.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该装置系用于电路图案之形成。 27.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该装置系用于金属超微粒子之电路 图案之形成。 28.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该装置系用于碳奈米管及其前驱体 ,以及触媒配列之形成。 29.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该装置系用于强诱电性陶瓷及其前 驱体之图案形成。 30.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该装置系用于高分子及前驱体之高 定向化。 31.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该装置系用于区域纯化。 32.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该装置系用于微滴控制。 33.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该喷嘴系对基板积极喷射流体者。 34.如申请专利范围第33项之超微细流体喷射装置, 其中该装置系用于立体构造之形成。 35.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该喷嘴系对基板倾斜的配置。 36.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中电路图案之描绘系采用光谱扫描法 。 37.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中电路图案之描绘系采用光棚扫描法 。 38.如申请专利范围第1~3项之任一项之超微细流体 喷射装置,其中该基板系用旋转涂敷法将聚乙烯酚 (pvp)之乙醇溶液涂布其上而改质其表面。 图式简单说明: 第1(a)图为使用习知之静电吸引式喷墨方法因电气 流体力学的不安定性所引起之静电抽丝现象之成 长原理以模式表示之说明图。第1(b)图为不引起静 电抽丝现象时以模式表示之说明图。 第2图系根据习知之喷墨技术之设计指南计算之喷 出所必要之电场强度与喷嘴直径之关系线图。 第3图为说明本发明之喷嘴之电场强度之计算模式 图。 第4图表示本发明之表面张力压力(Ps)及静电压力( Pe)与喷嘴直径(d)之关系之一例的曲线图。 第5图表示本发明之喷出压力(P)与喷嘴直径(d)之 关系之一例的曲线图。 第6图表示本发明之喷出临界电压(Vc)与喷嘴直径(d )之关系之一例的曲线图。 第7图表示于本发明之荷电液滴与基板之间作用之 镜像力(Fi)与喷嘴与基板之间距(h)之关系之一例的 曲线图。 第8图表示由本发明之喷嘴喷出之流体流量与施加 电压(V)之关系之一例的曲线图。 第9图为本发明之第一实施形态之超微细流体喷射 装置之说明图。 第10图为本发明之另一实施形态之超微细流体喷 射装置之说明图。 第11图为本发明之第一实施形态之喷出开始电压( Vc)与喷嘴直径(d)之关系曲线图。 第12图表示本发明之第一实施形态之印刷之点(dot) 直径(d)与施加电压(V)之关系曲线图。 第13图表示本发明第一实施形态之印刷之点直径(d )与喷嘴直径(d)之关系曲线图。 第14图表示本发明第一实施形态之超微细流体喷 射装置之根据喷嘴与基板之间距(L)与施加电压(V) 之关系之喷出条件之说明图。 第15图为本发明第一实施形态之超微细流体喷射 装置之根据喷嘴与基板之间距(L)之喷出条件之说 明图。 第16图为本发明之第一实施形态之喷出开始电压(V )与喷嘴与基板之间距(L)之关系曲线图。 第17图为本发明第一实施形态之超微细流体喷射 装置之根据间距(L)与频率(f)之关系之喷出条件之 说明图。 第18图为本发明第一实施形态之超微细流体喷射 装置之交流电压控制模式图。 第19图为本发明第一实施形态之喷出开始电压(Vc) 与频率之关系曲线图。 第20图为本发明第一实施形态之喷出开始电压与 频率之关系曲线图。 第21图为使用本发明超微细流体喷射装置形成之 超微细点之一例的照片。 第22图为使用本发明超微细流体喷射装置描画之 电路图案之一例之照片。 第23图为使用本发明超微细流体喷射装置描画之 金属超微粒子之电路图案之一例之照片。 第24图为使用本发明超微细流体喷射装置描画之 奈米管及前驱体以及触媒排列之一例之照片。 第25图为使用本发明超微细流体喷射装置描画之 强介电陶瓷及其前驱体之图案之一例的照片。 第26图为使用本发明超微细流体喷射装置使高分 子及其前驱体高定向化之一例之照片。 第27(a)、(b)图为使用本发明超微细流体喷射装置 使高分子及其前驱体高定向化之说明图。 第28图为使用本发明超微细流体喷射装置实行区 域纯化之说明图。 第29图为使用本发明超微细流体喷射装置实行微 细珠粒控制之说明图。 第30(a)~(g)图为使用本发明超微细流体喷射装置实 行轻敲式喷墨之说明图。 第31图为使用本发明超微细流体喷射装置,藉实行 轻敲式喷墨形成立体构造之一例之照片。 第32(a)~(c)图为使用本发明超微细流体喷射装置实 行半接触式喷印之一例之说明图。
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