應(yīng)用案例

【概述】

西安交通大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)使用ATA-7015高壓放大器，搭建靜電打印實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)名稱：脈沖電壓驅(qū)動(dòng)的亞微米級(jí)精度靜電打印

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：采用經(jīng)信號(hào)放大器放大的脈沖電壓驅(qū)動(dòng)打印微納電路。

研究方向：微納尺度金屬結(jié)構(gòu)3D打印

測(cè)試設(shè)備：ATA-7015高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、3D打印機(jī)、掃描電鏡等。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)圖

圖2：打印過程與打印噴頭

本次實(shí)驗(yàn)中，搭建了基于高壓放大器的微納靜電打印系統(tǒng)，用于成型亞微米尺度高導(dǎo)電性三維金屬結(jié)構(gòu)，具體實(shí)驗(yàn)流程如下：

首先，將信號(hào)發(fā)生器輸出端接入高壓放大器（ATA-7015）輸入端，高壓放大器輸出端正極連接至3D打印機(jī)（陜西百普生）的微米級(jí)打印噴頭，輸出端負(fù)極則連接至打印機(jī)接收基板并接地。

隨后，由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生脈沖方波信號(hào)，經(jīng)高壓放大器放大后施加于打印噴頭，驅(qū)動(dòng)噴頭內(nèi)金納米顆粒墨水噴出，形成亞微米級(jí)液滴并精確沉積于接收基板表面。液滴沉積后，通過溶劑自然揮發(fā)，在基板上形成亞微米級(jí)金屬結(jié)構(gòu)。

最后，利用打印機(jī)內(nèi)置激光器對(duì)打印結(jié)構(gòu)進(jìn)行原位激光后處理，顯著提升其導(dǎo)電性與力學(xué)性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖3：打印結(jié)構(gòu)電鏡圖

圖4：激光對(duì)打印結(jié)構(gòu)電學(xué)與力學(xué)性能的影響

1）采用掃描電鏡觀察打印結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著打印時(shí)間的從3s增加到21s，亞微米尺度三維打印結(jié)構(gòu)的高度增加。當(dāng)噴頭與基板之間的接收距離固定為15μm時(shí)，打印柱高度從1.37±0.28μm增加到9.81±2.24μm,進(jìn)一步當(dāng)打印噴頭以約400nm/s的速度實(shí)時(shí)抬升時(shí)，柱子高度從2.42±0.04μm增加到19.8±2.15μm，高寬比相對(duì)于固定接收距離顯著增大。此外，我們觀察到自適應(yīng)噴嘴-基板距離（實(shí)時(shí)抬升打印噴頭）所實(shí)現(xiàn)的柱寬（592±29nm）小于恒定噴嘴-基板距離（892±46nm），凸顯了自適應(yīng)噴嘴-基板距離技術(shù)在提升亞微尺度柱子制造、更高縱橫比和效率方面的潛力。

2）通過控制橫向移動(dòng)速度，可控制所打印的亞微米尺度三維結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形狀。隨著接收基板移動(dòng)速度由100nm/s增加到600nm/s,亞微米尺度三維柱子的傾斜角從18.1±1.6°增加到73.14±3.4°，與理論預(yù)測(cè)一致。

3)進(jìn)一步地，通過原位激光后處理可增強(qiáng)亞微米尺度三維打印結(jié)構(gòu)的電學(xué)與力學(xué)性能。隨著激光后處理功率由4mW增加到16mW,打印結(jié)構(gòu)的電阻率降低，最低可達(dá)2.54±0.38×10-7Ωm，僅為塊狀金導(dǎo)電性的10.4倍，同時(shí)，其力學(xué)性能提升，當(dāng)激光功率提升至16mW時(shí)，屈服應(yīng)力和楊氏模量分別提升至109.59±18.64MPa和15.23±4.35GPa，接近高溫后處理時(shí)的屈服應(yīng)力和楊氏模量（分別為121.45±23.20MPa和16.29±2.69GPa）。

安泰放大器在此應(yīng)用中的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

一、超高電壓輸出能力——支撐高精度打印

二、寬頻帶與高壓擺率——保障液滴噴射的瞬時(shí)響應(yīng)與位置精度

三、低失真與高輸出穩(wěn)定性——保障原位激光后處理前后打印結(jié)構(gòu)的一致性

【推薦產(chǎn)品】：ATA-7015高壓放大器

圖：ATA-7015高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號(hào)源、前置微小信號(hào)放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測(cè)試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請(qǐng)持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)m.fjiakun.cn或撥打029-88865020。

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