安泰高压放大器在柔性衬底的电流体喷印实验研究中的应用

实验名称：柔性衬底的电流体喷印实验研究

实验目的：设计制造了静电聚焦电极，有效克服了衬底效应对电流体喷印的影响，除此之外，设计制造了组合喷针，通过重塑喷头周围静电场的分布削弱了柔性衬底极化和电荷累积对电流体喷印的影响，并进一步研究了工艺参数对打印微结构的影响，实现了在柔性衬底PET上微图案的电流体按需喷射打印。

测试设备：高压放大器、函数发生器、上位机等。

实验过程：

图1：电流体喷印实验设备示意图

电流体喷印平台的功能组成包括硬件设备和软件控制系统，电流体喷印的硬件设备由五个子模块组成，如图1所示，包括电场控制模块、流体供给模块、运动控制模块、加热模块和视觉模块。电场控制模块在导电喷针座和衬底之间建立电场，流体供给模块将液体以所需的流速供应到喷嘴，运动控制模块提供打印所需要的各种运动形式，通过Labview将整个系统有机结合起来，实现各模块之间的集成、协调控制。

电场控制模块由函数发生器和高压放大器构成，函数发生器用于产生实验所需的电压波形，高压放大器将函数发生器产生的波形放大到实验所需的电压范围。上位机与函数发生器可以通过USB、RS232或GPIB接口建立远程通信，函数发生器与高压放大器采用BNC连接器连接以实现信号的低损耗传输，经高压放大器放大的信号采用SHV高压电缆连接至导电的喷针座。函数发生器在系统中扮演了激励源的角色，实验所用的函数发生器可以产生16种标准波形，还可以根据用户的需求自定义波形，具有边沿时间可调的功能，而且可以采用手动或软件编程的方式控制波形的参数，在电子测试测量领域中应用广泛。高压放大器按波形极性的不同可以分为单极性高压放大器和双极性高压放大器，其中单极性高压放大器只能放大波形方向不变的信号，如稳恒直流信号、直流脉冲信号；双极性高压放大器可以放大交流信号，其价格通常比单极性高压放大器的价格贵好几倍。考虑到实验需求和成本效益，本实验平台选用的高压放大器是单极性高压放大器，该放大器的输出电压范围为0~2000V，可接受信号源带宽为0~10kHz，该放大器采用全固态设计，可全面保护其免受电弧放电和短路的影响，使器件的性能更稳定可靠，而且即使在高电容负载中也能实现准确的输出响应和高压摆率，具有高可靠性和低噪声操作的特性。喷针座用于固定喷针的位置，采用不锈钢材料制成，喷针座和高压放大器之间采用SHV高压电缆连接以建立喷针和衬底之间的电场。

流体供给模块由泵、流体连接装置和喷头组成，如图3所示。根据原动机种类的不同，用于电流体喷印的泵可分为精密注射泵和气泵，相应的流体连接装置也就有所不同，根据实验的不同需求需要采取不同的流体连接装置。

图3：流体供给模块连接示意图

运动控制系统由运动控制卡、转接板、驱动器和三轴位移平台构成。加热模块主要由电加热元件、衬底支撑板、温度传感器和温控器构成。视觉模块主要由CCD相机和光源构成。

实验结果：

研发了一套电流体喷印的实验平台，详细介绍了各功能模块的组成和原理，根据墨水粘度的大小设计制造了两种不同的流体控制装置，在此基础之上，基于Labview软件开发环境，开发了一套电流体喷印平台控制系统，该控制系统可以按照用户指定的运动轨迹进行打印，并且可以打印任意复杂的二维图形，将整个系统都有机结合起来了，实现了各功能模块之间的集成、协调控制。

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审核编辑 黄宇