利用超声辅助干燥技术改善喷墨打印法成膜质量的研究

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本论文研究了Ag纳米颗粒材料与聚合物材料在液滴成膜过程中的膜厚形貌以及所形成Ag膜的导电特性,并针对Ag纳米颗粒液滴成膜的过程,提出了一个新的理论模型,使用该模型能定性分析该Ag纳米材料在不同情况下干燥后的成膜形貌,尤其适合于利用计算机模拟成膜后的膜厚剖面。实验中我们发现对于Ag纳米颗粒材料,在成膜过程中存在一个临界成膜温度Tc,对于一定体积的液滴,当成膜温度低于Tc时,液滴成膜后的膜后剖面是“山”字形剖面(稳定状态液滴)或冠状剖面(喷打液滴);当成膜温度达到Tc时,膜厚剖面开始向“咖啡环”形貌转化;当成膜温度继续上升到一定温度时,膜厚剖面开始转变为典型的“咖啡环”形貌。实验中同时发现Tc与液滴体积有着密切的关系,在一定体积范围内,Tc随液滴体积的增加而增加,当Tc增大到一定数值后,随着液滴体积的增加,Tc开始下降。实验中我们还发现,通过在液滴干燥过程中引入超声辅助干燥,可以改善液滴成膜的表面均匀性,并提高成膜的致密程度,改善其电导特性。利用我们发展的针对Ag纳米颗粒材料液滴成膜过程的理论模型,能够定性解释不同成膜情况下该材料液滴干燥后的成膜形貌,其膜厚剖面的模拟结果也与实际情况基本相符。MEH-PPV材料的液滴成膜过程中,我们发现其成膜形貌也跟成膜温度密切相关。对于体积一定的液滴,较低温度下的成膜形貌类似于一种“岛”状结构,比较复杂,中央没有明显的较大面积凹陷,而在较高温度下,该岛状结构的中央会出现较大面积的明显凹陷。而且液滴体积不同,“岛”状结构生成所需的温度也不同,液滴体积越小,“岛”状结构的形成温度越低,同样,体积越小的液滴出现中央凹陷结构的温度也越低。同时,该聚合物材料的表面粗糙度与成膜后的后期热处理温度相关,热处理温度越高,表面粗糙度越大。聚合物成膜实验中应该采取较为合适的后期热处理温度,以获得较小的表面粗糙度。另外一种聚合物材料UJ1600系统测试用聚合物墨水样品的成膜实验中,我们发现采用超声辅助干燥后的液滴成膜的膜厚均匀性较没有适用超声辅助干燥的样品有很大改善,基本上消除了“咖啡环”缺陷,在室温下该聚合物成膜后得到了较好的膜厚均一性。
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