CN106364198B - 一种在纸表面进行液态金属打印的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在纸表面打印液态金属的方法，其步骤为先对打印纸进行喷雾、浸润预处理，再在其表面进行液态金属打印。本发明所述的方法解决了液态金属无法在打印纸表面打印的问题，可以通过调节打印纸的浸润程度，来改变打印的效果；而且本方法对实验条件要求不苛刻，用自来水作为低成本的原材料，可以有效改善液态金属浸润性来完成实验，为大规模生产提供了条件。

Description

一种在纸表面进行液态金属打印的方法

技术领域

本发明涉及液态金属打印领域，具体涉及一种在纸表面进行液态金属打印的方法。

背景技术

液态金属打印技术是一种新的电子电路制造方法，可有效降低能耗、成本乃至简化操作工艺等。然而，液态金属由于具有很高的表面张力作用，一般只能在某些特殊的材质表面才能实现流畅打印，这在一定程度上限制了液态金属打印技术的应用范围。比如，当前的液态金属打印主要是在PVC表面实现，而在更低成本的打印纸表面却不能顺利进行。原因就在于液态金属与打印纸之间没有很好的相容性。研究表明，液态金属在打印纸表面呈球状，不能够浸润打印纸。这就限制了液态金属打印技术的进一步发展。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对液态金属在打印纸表面呈球状，不能够浸润打印纸而无法在纸表面进行顺利打印的缺陷，本发明提供一种在纸表面进行液态金属打印的方法。

(二)技术方案

本发明所述的方法为先对打印纸进行喷雾、浸润预处理，再在其表面进行液态金属打印。

所述喷雾在室温1个大气压的条件下进行，控制打印纸表面的相对湿度为10％-100％。

所述喷雾过程中，喷头距打印纸距离为1～5cm，为了准确浸润需要打印的部位，喷头距离纸的距离不能太远；太近可能导致纸的过分浸润，1～5cm距离最佳。

所述喷雾过程中，控制雾气的喷出速度为0.1～0.3m/s，喷雾速度过快会影响纸的平整性；太慢会导致纸表面的相对湿度达不到100％。

所述喷雾过程中，水被雾化为直径10～50μm的超微粒子。10～50μm的超微粒子更有利于纸的吸收。

所述浸润时间为1-5s；优选2-4s。浸润时间短会导致纸表面改性不成功；浸润时间过长会导致纸的变形，1～5s，尤其是2～4s时效果最佳。

所述浸润操作后，所述打印纸的含水量为0.2～1％。

所述打印纸的吸水率为0.2～1％。

本发明中，所述金属为所述金属为镓、镓和铟的合金或是铋、铟、锡合金。

本发明的方法，优选包括如下步骤：

1)取吸水率为0.2～1％的打印纸，在其表面进行均匀喷雾，在喷雾的过程中，控制雾气中水汽的直径为10-50μm，雾气的出口速率为0.1-0.3m/s，喷头距纸面1-5cm，打印纸表面的相对湿度为10％-100％，喷雾1-4s，停止喷雾，得喷雾后的打印纸；

2)将所述喷雾后的打印纸静置浸润1-5s，至打印纸的含水量为0.2-1％；

3)用液态金属打印机在静置后的打印纸表面进行Ga和In混合金属打印，得到线状打印产品。

(三)有益效果

1)本发明提供了一种简单、低成本在打印纸表面打印液态金属的方法。

2)本发明解决了液态金属在无法在打印纸表面打印的问题，可以通过调节打印纸的浸润程度，来改变打印的效果；

3)本发明可以实现打印纸的快速、大规模制备；

4)本发明对实验条件要求不苛刻，自来水作为低成本的原材料，可以有效改善液态金属浸润性来完成实验，为大规模生产提供了条件；

5)本发明的制备过程简单，容易实现大规模生产。

附图说明

图1为单喷头打印、多喷头打印和套筒打印的示意图；

图2为本发明所得打印产品的电镜扫描图；

图3为直接在打印纸表面进行打印时所得产品的电镜扫描图。

图中：1、套筒；2、打印笔尖。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明实施例所用的液态金属打印机的在专利CN104108248A中公开。

实施例1

本实施例涉及一种在纸上进行液态金属打印的方法，包括如下步骤：

1)取A4的打印纸，用单喷雾喷头在其表面进行均匀喷雾，在喷雾的过程中，控制雾气中水汽的直径为10-50μm，雾气的出口速率为0.1-0.3m/s，喷头距纸面1-5cm，打印纸表面的相对湿度为100％，喷雾1-4s，停止喷雾，得喷雾后的打印纸；

2)将所述喷雾后的打印纸静置浸润1-4s，至打印纸的含水量为0.2-1％；

3)用液态金属打印机在静置后的打印纸表面进行Ga液态金属打印，得到线状打印产品。打印的过程中打印笔与打印纸相互接触。

本实施例浸润时间为2s时所得产品结构的电镜扫描图如图2，打印过程的示意图如图1a

实施例2

本实施例涉及一种在纸上进行液态金属打印的方法，包括如下步骤：

1)取A4的打印纸，用多喷雾喷头在其表面进行均匀喷雾，在喷雾的过程中，控制雾气中水汽的直径为10-50μm，雾气的出口速率为0.1-0.3m/s，喷头距纸面1-5cm，打印纸表面的相对湿度为10％，喷雾1-4s，停止喷雾，得喷雾后的打印纸；

2)将所述喷雾后的打印纸静置浸润1-4s，至打印纸的含水量为0.2-1％；

3)用液态金属打印机在静置后的打印纸表面进行Ga_75.5In_24.5金属打印，得线状的打印产品。打印的过程中打印笔与打印纸相互接触。

本实施例打印过程示意图如图1b)

实施例3

本实施例涉及一种在纸上进行液态金属打印的方法，包括如下步骤：

1)取A4打印纸，用套筒喷雾喷头在其表面进行均匀喷雾，在喷雾的过程中，控制雾气中水汽的直径为10～50μm，雾气的出口速率为0.1～0.3m/s，喷头距纸面1cm，打印纸表面的相对湿度为100％，喷雾1s，停止喷雾，得喷雾后的打印纸；

2)将所述喷雾后的打印纸静置浸润1s，至打印纸的含水量为0.2％；

3)用液态金属打印机在静置后的打印纸表面进行Ga_75.5In_24.5金属打印，得到液态金属线打印产品。打印的过程中打印笔与打印纸相互接触。

本实施例打印过程示意图如图1c1)，套筒和打印笔尖的结构如图1c2)。

对比例1

同实施例1相比，其区别在于，不对打印纸进行浸润，直接在其表面进行液态金属打印，得打印产品。本对比例所得打印产品的电镜扫描图如图3所示。

图2和图3前两幅图为距离500um和100um时打印纸表面的电镜扫描图，第三幅图为距离10um时打印纸的横切面结构示意图。由图可以看出，对纸进行浸润后再在其表面进行液态金属打印，金属可附着于纸的表面，与纸表面形成较为稳定的结构，而不浸润时金属在纸表面呈球状，无法得到稳定的打印产品。

对本发明实施例和对比例中所得产品(浸润时间为2s)的性能进行测试，其结果如表1；

表1：打印产品的性能指标

	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1
					接触角(2s)	105°	106°	104°	138°
滚动角(2s)	72°	76°	77°	9°
					粘附力(μN，2s)	251	268	228	34

由表1可知，将打印纸浸润后再进行打印，液态金属在打印纸表面的接触角变小，滚动角变大，金属在打印纸表面的浸润性得到明显改善，所得产品中金属与纸的粘附力大大提高，液态金属粘滞在打印纸表面，不脱离。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种在纸表面进行液态金属打印的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)取吸水率为0.2～1％的打印纸，在其表面进行均匀喷雾，在喷雾的过程中，控制雾气中水汽的直径为10-50μm，雾气的出口速率为0.1-0.3m/s，喷头距纸面1-5cm，打印纸表面的相对湿度为100％，喷雾1-4s，停止喷雾，得喷雾后的打印纸；

2)将所述喷雾后的打印纸静置浸润1-5s，至打印纸的含水量为0.2-1％；

3)用液态金属打印机在静置后的打印纸表面进行镓、铟混合金属打印，得到线状打印产品。