低成本多功能微型打印机，可用于压电MEMS器件的打印
2023-11-22 10:33:43 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
香港科技大学研究团队开发的这款微型打印机代表着压电材料的制造向着超快速、大面积增材微制造迈出了重要一步，并且，几乎可以覆盖任何组分，以及可调整的微观结构和功能。
据麦姆斯咨询介绍，香港科技大学（HKUST）领导的一支研究小组开发了一种多功能微型打印机，将压电薄膜的打印速度提高了100倍，可制造用于传感器、可穿戴设备或植入式医疗器械的压电MEMS器件，并能大幅降低批量生产成本。
与市场上的其他打印机相比，这种微型打印机的制造成本相对较低，它利用静电场将油墨推动到打印平台，从而能够有效地操纵薄膜图案，提高打印速度，以应对批量生产、结构控制和特征尺寸所面临的挑战。
压电薄膜、微图案、纳米颗粒是三种关键的压电元件，在传感、驱动、催化和能量收集领域有着广泛的应用。到目前为止，这些元件的大规模生产仍然存在挑战，因为在各种衬底上对这些结构和特征尺寸进行有效控制是很复杂的过程。
随着市场对MEMS器件、可穿戴设备、植入式电子器械、小型化便携设备以及物联网需求的持续激增，压电材料凭借其耦合机械能和电能的固有特性，获得了各界的关注和热捧。
现在，香港科技大学研究团队开发的这款微型打印机代表着压电材料的制造向着超快速、大面积增材微制造迈出了重要一步，并且，几乎可以覆盖任何组分，以及可调整的微观结构和功能。
静电盘微型打印机（EDP）的实现示意图
香港科技大学机械与航空航天工程系副教授Yang Zhengbao教授领导的团队在实验中，利用连接到针和电源的刺盘（spiny disc）构建了一种3D微打印机构。这项研究由HKUST与香港城市大学合作完成，研究成果已经发表于Nature Communications期刊。
研究团队构建了一个足够强大的静电场用作推进器，油墨会呈锥形喷射到平台上，形成微图案，就像雷暴中雨滴尖端喷射出带电液滴流一样。
压电薄膜、微图案和纳米颗粒的制造
通过团队的努力，其3D打印制造速度提高了100倍，可以像半导体光刻一样高效地操纵薄膜图案。例如，使用所开发的微型打印机只需要10分钟就可以在4英寸硅晶圆上制造出10微米厚的PZT薄膜，并且材料浪费极少。
这项突破性技术适用于压电麦克风、临床超声探头和薄膜太阳能电池板中压电元件的制造，并有望降低相关产品的生产成本。
Yang教授说：“我们开发的微型打印机展示了对介电陶瓷、金属纳米颗粒、绝缘聚合物以及生物分子等多种材料的打印能力。”
据研究人员称，这是现有压电微米厚膜技术中速度最快的制造方法，与目前市场上的压电薄膜相比，利用这种微型打印机生产的PZT薄膜表现出了优异的压电性能。这种价格经济的新型精密打印模式，其特征尺寸可以达到约20微米，肯定会为科学界带来很多优势，并带来许多过去认为不可能的突破。
与此同时，这种微型打印机已经为大规模生产做好准备，其成本仅为6000港元，与市场上其它产品相比，已是成本最低的选择之一。
该研究团队正致力于将这种微型打印机与卷对卷基板接收系统集成，以实现潜在的商业应用。此外，他们还在积极寻求与商业伙伴的合作，以进一步提高其市场影响力。
Yang教授补充称：“目前的微制造技术无法实现多样化压电元件的高速、通用制造，同时也无法控制其尺寸、结构和功能。此外，能够制造微米特征的设备成本和复杂性阻碍了大规模生产。因此，我们开发的压电元件微型打印机在电子、生物技术领域展现了广阔的应用前景。”
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