高分辨喷墨打印中的电荷控制

电流体动力喷墨打印过程中一个很有趣的特征便是打印液滴中含有净电荷。这个特性可产生电荷打印，通过正、负电荷在任意介质表面上打印出高分辨率的复杂图案^[12]。图4.11所示为电荷打印的开尔文探针力显微镜（KFM）图片，打印点有正电位（图中白色点）和负电位（图中黑色点），相比之下，非打印区域基本没有电位。通过改变电场方向，可使液滴电荷极性改变，且不会对液滴尺寸有大的影响。如图4.11a和b所示，通过改变电场偏转方向，就能控制正、负电荷打印出复杂的图案。上述结果表明，电荷的原有模式对打印进程基本没有影响。这就意味着，不同物理性质、pH值和功能的墨，都能以正或负电位的模式打印在基板上。图4.11a所示为+5.5V和-5.5V（峰值电压）电位下的打印点图，以磷酸钠水溶液（10mM，pH值约为7）为墨。图4.11b所示为使用聚氨酯

图4.11 通过电场方向控制的正负电荷聚集和扩散

a）磷酸钠水溶液（10mM，pH值约为7）在正负电位下的打印KFM图 b）聚氨酯（pH值约为5）打印图 c）喹啉（pH值＞8）打印图 d）和e）聚乙二醇二丙烯酸酯打印图，电位通过预设循环控制（引自参考文献[12]。

Park J.-U.et al.（2010）Nano Letters，10（2），584-591，Copyright American Chemical Society）(www.xing528.com)

（pH值约为5）打印的线形阵列，所带电荷为-1.3V的阵列先被打印出，之后再打印+1.3V阵列，在正、负阵列交点处，发生电中和，电位趋近于0V。图4.11c所示，以喹啉为墨，有机基板，打印点电位为±2.4V的打印图案。如图4.11d和e所示，带电荷的阵列线使用聚乙二醇二丙烯酸酯打印，电位通过预设的循环来控制，电位变化范围为-1～-0.2V，一共5个周期。额外增加周期数会使电位上升。

正负电荷图样的持续时间均取决于环境因素，包括湿度。在周围环境中，由于水分子的存在，使得电荷横向扩散，导致电位不断下降（水分子会中和部分电荷，并促使其在表面扩散）。通过在低湿度的环境下（如H₂O约为0.3×10^-6）储存印制的电子图像，几乎可以完全保持电势，打印出来的点图案的尺寸也可以超过一周^[11]。

这种具有可控制极性和幅度的印制电子图像被用来静电掺杂，以控制晶体管的短路电压和开路电流^[11]，另外，无形的印制安全码、带电粒子引导聚集以及生物系统的活性调节都表明了具有前景的应用领域。