专利摘要

本发明公开了一种利用溶胀技术制备纳米尺度电射流3D打印喷针的方法，解决了传统方法制备纳米尺度电射流喷针难以保证纳米喷针尺寸、质量及成本的技术问题，属于电射流3D打印机喷针制作的技术领域。方法包括以下步骤：(1)纳米尺度电射流3D打印喷针基板激光切割；(2)纳米尺度电射流3D打印喷针基板清洗；(3)纳米尺度电射流3D打印喷针基板图形化；(4)纳米尺度电射流3D打印喷针基板纳米尺度裂纹制备；(5)纳米尺度电射流3D打印喷针基板后处理；(6)纳米尺度电射流3D打印喷针封装。本发明的方法，能够有效更好的保护纳米喷针的结构完整，提高纳米喷针制造质量，制造工艺简单，便于操作，降低了生产制造成本。

权利要求

1.一种利用溶胀技术制备纳米尺度电射流3D打印喷针的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)纳米尺度电射流3D打印喷针基板激光切割；

(2)纳米尺度电射流3D打印喷针基板清洗；

(3)纳米尺度电射流3D打印喷针基板图形化；

(4)纳米尺度电射流3D打印喷针基板纳米尺度裂纹制备；

(5)纳米尺度电射流3D打印喷针基板后处理；

(6)纳米尺度电射流3D打印喷针封装；

步骤(1)的具体方法为：取PMMA塑料基板，在激光切割电流为2.5～3mA，切割速度为10～15mm/s条件下进行切割，形成纳米尺度电射流3D打印喷针基板；

步骤(2)的具体方法为：对纳米尺度电射流3D打印喷针基板进行超声清洗，设定水浴温度为60～70℃，清洗时间为30～40分钟；取出纳米尺度电射流3D打印喷针基板，去离子清洗5分钟后，将纳米尺度电射流3D打印喷针基板用氮气吹干；将纳米尺度电射流3D打印喷针基板放入温度为65℃的烘箱中烘烤24小时；

步骤(3)的具体方法为：制作带有溶胀诱导图形的硅模具，硅模具大小要大于纳米尺度电射流3D打印喷针基板尺寸，溶胀诱导图形高度为20微米；将带有溶胀诱导图形的硅模具与纳米尺度电射流3D打印喷针基板在显微镜下进行对准；在温度为110～115℃，压力为1～1.5MPa条件下，利用带有溶胀诱导图形的硅模具，对纳米尺度电射流3D打印喷针基板进行热压，热压时间为5～10分钟，热压后溶胀诱导图形深度为20微米；

步骤(4)的具体方法为：配制乙醇-去离子水溶液，乙醇浓度为50～60％；将纳米尺度电射流3D打印喷针基板在乙醇-去离子水溶液中进行超声浸泡，超声浸泡水浴温度为70～80℃，处理时间为2小时，浸泡时，每隔半小时搅动一次乙醇-去离子水溶液；

步骤(5)的具体方法为：取出步骤(4)得到的纳米尺度电射流3D打印喷针基板，放入去离子水中清洗2分钟；将纳米尺度电射流3D打印喷针基板放在热板上进行烘干，温度设定为80～90℃，烘干时间为4～6小时；将纳米尺度电射流3D打印喷针基板四周用夹具固定，置入温度为105℃的烘箱中再次烘烤20～25分钟；

步骤(6)的具体方法为：将步骤(5)中的纳米尺度电射流3D打印喷针基板上、下表面均贴上一层PET单面胶，在纳米尺度电射流3D打印喷针的上层进行切割打孔，去除外边框后，形成最终的纳米尺度电射流3D打印喷针；所述纳米尺度电射流3D打印喷针的上层为带有纳米尺度裂纹的一层。

2.如权利要求1所述的利用溶胀技术制备纳米尺度电射流3D打印喷针的方法，其特征在于，步骤(1)中的PMMA塑料基板切割前，在基板上均匀地覆盖一层保鲜膜。

3.如权利要求1所述的利用溶胀技术制备纳米尺度电射流3D打印喷针的方法，其特征在于，步骤(1)中的PMMA塑料基板切割后，对切割后的纳米尺度电射流3D打印喷针基板周边的毛刺进行清理。

4.如权利要求1所述的利用溶胀技术制备纳米尺度电射流3D打印喷针的方法，其特征在于，步骤(3)的所述溶胀诱导图形为带有倒圆的尖端图形。

说明书

技术领域

本发明涉及电射流3D打印机喷针制作的技术领域，尤其涉及一种利用溶胀技术制备纳米尺度电射流3D打印喷针的方法。

背景技术

电射流打印是基于电流体动力理论，利用液体在电场力、重力、表面张力等综合作用下，在喷针出口处形成远小于喷针内径的稳定精细射流，利用此射流在常温常压下直接于衬底上实现功能材料的图案化。由于电射流打印具有打印精度高、墨水适应性广、打印液滴可控性强、衬底要求低等优点，因此近年来在电子晶体管、忆阻器、微纳传感器、生物材料与结构等方面展现了其突出优势，已经被世界各国研究人员所关注。

在纳米尺度电射流3D打印平台构建过程中，纳米喷针制造质量和成本至关重要，它将直接影响打印出图案的尺寸、精度与成本。传统的喷针制造工艺十分复杂，并且喷针纳米通道极易堵塞，目前纳米喷针制造仍然是制约纳米尺度电射流3D打印平台构建的主要因素。

发明内容

本发明针对传统方法制备纳米尺度电射流喷针难以保证纳米喷针尺寸、质量及成本技术问题，提供一种利用PMMA溶胀-应力集中技术在聚甲基丙烯酸甲酯基板(简称PMMA基板，下同)来制备纳米尺度电射流3D打印喷针的全新方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用溶胀技术制备纳米尺度电射流3D打印喷针的方法，包括以下步骤：

(1)纳米尺度电射流3D打印喷针基板激光切割；

(2)纳米尺度电射流3D打印喷针基板清洗；

(3)纳米尺度电射流3D打印喷针基板图形化；

(4)纳米尺度电射流3D打印喷针基板纳米尺度裂纹制备；

(5)纳米尺度电射流3D打印喷针基板后处理；

(6)纳米尺度电射流3D打印喷针封装。

进一步地，步骤(1)的具体方法为：取PMMA塑料基板，在激光切割电流为2.5～3mA，切割速度为10～15mm/s条件下进行切割，形成纳米尺度电射流3D打印喷针基板。

进一步地，步骤(1)中的PMMA塑料基板切割前，在基板上均匀地覆盖一层保鲜膜。

进一步地，步骤(1)中的PMMA塑料基板切割后，对切割后的纳米尺度电射流3D打印喷针基板周边的毛刺进行清理。

进一步地，步骤(2)的具体方法为：对纳米尺度电射流3D打印喷针基板进行超声清洗，设定水浴温度为60～70℃，清洗时间为30～40分钟；取出纳米尺度电射流3D打印喷针基板，去离子清洗5分钟后，将纳米尺度电射流3D打印喷针基板用氮气吹干；将纳米尺度电射流3D打印喷针基板放入温度为65℃的烘箱中烘烤24小时。

进一步地，步骤(3)的具体方法为：制作带有溶胀诱导图形的硅模具，硅模具大小要大于纳米尺度电射流3D打印喷针基板尺寸，溶胀诱导图形高度为20微米；将带有溶胀诱导图形的硅模具与纳米尺度电射流3D打印喷针基板在显微镜下进行对准；在温度为110～115℃，压力为1～1.5MPa条件下，利用带有溶胀诱导图形的硅模具，对纳米尺度电射流3D打印喷针基板进行热压，热压时间为5～10分钟，热压后溶胀诱导图形深度为20微米。

进一步地，步骤(3)的所述溶胀诱导图形为带有倒圆的尖端图形。

进一步地，步骤(4)的具体方法为：配置乙醇-去离子水溶液，乙醇浓度为50～60％；将纳米尺度电射流3D打印喷针基板在乙醇溶液中进行超声浸泡，超声浸泡水浴温度为70～80℃，处理时间为2小时，浸泡时，每隔半小时搅动一次乙醇溶液。

进一步地，步骤(5)的具体方法为：取出步骤(4)得到的纳米尺度电射流3D打印喷针基板，放入去离子水中清洗2分钟；将纳米尺度电射流3D打印喷针基板放在热板上进行烘干，温度设定为80～90℃，烘干时间为4～6小时；将纳米尺度电射流3D打印喷针基板四周用夹具固定，置入温度为105℃的烘箱中再次烘烤20～25分钟。

进一步地，步骤(6)的具体方法为：将步骤(5)中的纳米尺度电射流3D打印喷针基板上、下表面均贴上一层PET单面胶，在纳米尺度电射流3D打印喷针的上层进行切割打孔，去除外边框后，形成最终的纳米尺度电射流3D打印喷针；所述纳米尺度电射流3D打印喷针的上层为带有纳米尺度裂纹的一层。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种利用溶胀技术和应力集中原理在聚甲基丙烯酸甲酯基板上制备纳米尺度电射流3D打印喷针的方法，与现有喷针制作方法相比，其优势在于能够有效更好的保护纳米喷针的结构完整，提高纳米喷针制造质量，成品率高，同时，制造工艺简单，制备方法便于操作，无需昂贵设备，制备难度较低，而且原材料购置容易，大大降低了生产制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的切割后纳米尺度电射流3D打印喷针基板的形状图；

图2为本发明实施例提供的纳米尺度电射流3D打印喷针溶胀诱导图形；

图3为本发明实施例提供的纳米尺度电射流3D打印喷针显微镜对准图；

图4为本发明实施例提供的纳米尺度电射流3D打印喷针纳米尺度裂纹制备图；

图5为本发明实施例提供的纳米尺度电射流3D打印喷针打孔位置图；

图6为本发明实施例提供的制作后的纳米尺度电射流3D打印喷针结构图。

附图标记说明：

1、纳米尺度电射流3D打印喷针基板；2、溶胀诱导图形；3、纳米喷针；4、通孔。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1～6所示，本发明的利用溶胀技术制备纳米尺度电射流3D打印喷针的方法，包括以下步骤：

(1)纳米尺度电射流3D打印喷针基板激光切割

具体操作步骤为：

(1a)取一块5×5cm的PMMA塑料基板，并在基板上附一层保鲜膜，其目的为保证纳米尺度电射流3D打印喷针表层材料在激光切割过程中不发生变质；

(1b)将贴膜后的PMMA塑料基板放在激光切割机上，在激光切割电流为2.5～3mA，切割速度为10～15mm/s条件下进行切割；切割后形成纳米尺度电射流3D打印喷针基板1，纳米尺度电射流3D打印喷针基板1的形状如图1所示，切割后纳米尺度电射流3D打印喷针基板1的中部形成互相连通的大圆和小圆；

(1c)使用刮刀(壁纸刀即可)对切割后的纳米尺度电射流3D打印喷针基板1周边的毛刺进行清理，防止在之后操作中产生不必要的裂纹，影响纳米尺度电射流3D打印喷针的制造质量。

(2)纳米尺度电射流3D打印喷针基板清洗

具体操作步骤为：

(2a)对步骤(1c)中得到的纳米尺度电射流3D打印喷针基板1进行超声清洗，设定水浴温度为60～70℃，清洗时间为30～40分钟；

(2b)取出纳米尺度电射流3D打印喷针基板1，去离子水清洗5分钟后，将纳米尺度电射流3D打印喷针基板1用氮气吹干；

(2c)将纳米尺度电射流3D打印喷针基板1放入温度为65℃的烘箱中烘烤24小时，将纳米尺度电射流3D打印喷针基板1中的水完全去除，保证裂纹制备工艺中PMMA材料含水量相同，溶胀处理有相同的时间基准。

(3)纳米尺度电射流3D打印喷针基板图形化

具体操作步骤为：

(3a)制作带有溶胀诱导图形2(见图2)的硅模具，溶胀诱导图形为带有倒圆的尖端图形；硅模具大小要大于纳米尺度电射流3D打印喷针基板尺寸。溶胀诱导图形2高度为20微米，该溶胀诱导图形2高度能够保证溶胀法制造纳米裂纹中裂纹沿直线传播；

(3b)将带有溶胀诱导图形2的硅模具与纳米尺度电射流3D打印喷针基板在显微镜下进行对准(见图3)，由于溶胀诱导图形2上的倒圆图形与步骤(1c)中激光切割的小圆相切，故在后续溶胀法制备纳米尺度电射流3D打印喷针纳米尺度裂纹过程中，倒圆图形位置不会产生应力集，该处不会产生裂纹，因此确保只有溶胀诱导图形尖端处会产生纳米尺度裂纹；

(3c)在温度为110～115℃，压力为1～1.5MPa条件下，利用带有溶胀诱导图形2的硅模具，对纳米尺度电射流3D打印喷针基板1进行热压，热压时间为5～10分钟。该热压参数下，纳米尺度电射流3D打印喷针基板1变形小，热压后溶胀诱导图形2深度为20微米。

(4)纳米尺度电射流3D打印喷针基板纳米尺度裂纹制备

具体操作步骤为：

(4a)配置乙醇-去离子水溶液，乙醇浓度为50～60％，该浓度乙醇溶液能够减小纳米尺度电射流3D打印喷针基板1表层材料变性趋势；

(4b)将纳米尺度电射流3D打印喷针基板1在乙醇溶液中进行超声浸泡，超声可加速裂纹产生，裂纹产生时间可从24小时缩短至2小时。超声浸泡水浴温度为70-80℃，处理时间为2小时，浸泡时，每隔半小时搅动一次乙醇溶液，防止乙醇浓度不均匀导致纳米裂纹尺寸不均匀。由于PMMA为大分子材料，乙醇为小分子液体，在浸泡过程中，乙醇分子进入PMMA材料缝隙中，导致纳米尺度电射流3D打印喷针基板1膨胀。故纳米尺度电射流3D打印喷针基板1上溶胀诱导图形2尖端处会产生应力集中，在应力集中的方向上产生纳米尺度的直线裂纹(见图4)，即纳米喷针3。

(5)纳米尺度电射流3D打印喷针基板后处理

具体操作步骤为：

(5a)取出步骤(4b)得到的纳米尺度电射流3D打印喷针基板1，放入去离子水中清洗2分钟；

(5b)将纳米尺度电射流3D打印喷针基板1放在热板上进行烘干，温度设定为80～90℃，烘干时间为4～6小时；

(5c)将纳米尺度电射流3D打印喷针基板1四周用夹具固定，置入温度为105℃的烘箱中再次烘烤20～25分钟，使产生的纳米裂纹附近的PMMA发生重新流动，纳米喷针3上纳米尺度裂纹进一步缩小，可达到100纳米以下，形成最终的喷针纳米尺度裂纹结构。

(6)纳米尺度电射流3D打印喷针封装

具体操作步骤为：

将步骤(5c)中的纳米尺度电射流3D打印喷针基板的上、下表面均贴上一层PET单面胶，在纳米尺度电射流3D打印喷针上层(带有纳米尺度裂纹的层)进行切割打孔(打孔位置见图5)，形成通孔4，去除外边框后，形成最终的纳米尺度电射流3D打印喷针(见图6)。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

一种利用溶胀技术制备纳米尺度电射流3D打印喷针的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。