打印墨滴的精确调控与图案化

Inkjet printing is a significant method for functional materials patterning, which has been widely used for the fabrication of optic/electronic devices, chemical sensors and biochips. However, the difficulties in reducing the ink-drop size, controlling the ink-drop deposition and coalescing of adjacent drops greatly limit its application in high-resolution materials patterning. It remains a great challenge to increase the printing resolution and control the deposition morphology. In this project, a novel and highly efficient printing strategy is developed by combining the inkjet printing with the patterned wettability substrate. The ink-drops can be instantaneously split after printed on the specific substrate, which can greatly increase the printing resolution and efficiency. Meanwhile, induced by the hydrophilic patterns, the generated daughter ink-drops can be deposited into desired morphology. Well-controlled micro ink-drops arrays can be fabricated, and the applications of the inkjet printing technology are greatly extended. Accordingly, an efficient and high-resolution functional materials patterning method is developed, which shows great potential in high-throughput screening, lab on a chip, bioassay and related fields.

喷墨打印是实现功能材料图案化的一项重要技术，在光电功能器件、化学传感器、生物芯片的制备方面具有广泛应用。然而，在打印过程中，墨滴尺寸难以进一步缩小，沉积形貌无法控制，融合过程复杂多变，这些问题严重制约了喷墨打印技术在制备高精度功能材料图案方面的应用。如何进一步提高打印精度及提升墨滴形貌可控性成为喷墨打印技术发展和应用的关键课题之一。本研究将基底的图案化浸润性控制与喷墨打印技术相结合，提出了一种全新的高精度打印方法。通过设计基底浸润性图案，实现打印墨滴的快速自切割行为。在保持喷墨打印技术优势的同时，显著提高打印精度及效率，拓宽喷墨打印技术的应用范围。同时，利用亲水图案诱导自切割产生的子墨滴进行定位沉积，实现形貌可控的微墨滴阵列制备，并发展快速、高精度的功能材料图案化方法，为新型精确打印技术的发展提供理论及实验基础，在高通量筛选、微流控、生物检测等领域具有广阔的应用前景。

喷墨打印是实现功能材料图案化的重要技术，在光电器件制备及高性能分析检测等领域具有广泛应用。对于喷墨打印技术来说，由于墨滴表面张力和铺展动力学过程的限制，利用单个墨滴只能得到单个圆形沉积图案。同时，对打印墨滴碰撞及沉积行为的精确调控也面临巨大挑战。本项目在前期浸润性和液滴操控研究的基础上，系统研究了基底表面浸润图案对打印墨滴动态行为的影响。利用墨滴铺展后在基底表面不同浸润区域回缩速度的差异，使墨滴自发切割成为可控数目子墨滴，并在预设位置沉积。通过调节基底表面的浸润性图案，子墨滴的数目及沉积形貌均可精确控制。研究发现，该过程受到铺展动力学限制及浸润性图案的限域作用，使得到的子墨滴间相互独立，不存在物质交换，并基于此发展了多功能检测微芯片，利用单液滴样品实现了多种组分的同步分析和鉴定。进一步，通过改变基底表面浸润图案，提出了图案对称性控制打印墨滴碰撞行为的系统规律，并利用镜面对称图案抑制了打印墨滴碰撞过程中的Plateau-Rayleigh失稳现象，避免了卫星墨滴的产生。本项目将为打印墨滴动态行为及沉积形貌的精确调控提供了有效思路。