1. 研究目的与意义（文献综述）

电流体动力打印技术利用喷头与打印基板间的电场力作用，在喷嘴顶点产生液滴，静电纺丝或者喷雾。这种利用电场的牵引力使得颗粒和高分子溶液可以非常容易地喷射出去而不堵塞，这种解决方案对喷嘴的尺寸没有限制，利用粗糙的喷嘴可以防止堵塞，液滴可以达到纳米尺寸^[1]。但是在这种采用电场引领射流的打印过程中，溶液处于自由流动状态，射流喷射位置易发生改变，且射流初始直径也随着射流喷射时间的改变而变化，影响了射流喷射的稳定性和纳米颗粒直径分布的均匀性^[2]。且其收集基板必须为导电材料，收集基板表面必须均匀平整以形成稳定均匀的高压电场，此种模式的喷嘴无法在绝缘基板和自由曲面基板上完成打印。以上均限制了电流体动力喷印的产业化应用。

在进行电喷印的过程中，为了使打印射流收到一定的约束且不受打印基板条件的限制，可以通过利用辅助电极形成的电场，改变射流在喷头和基板之间的运动轨迹，抑制射流的鞭动等不稳定的状态^[2]。静电聚焦是电真空器件经常采用的电子束聚焦的方法之一^[3], 利用两点之间的电势差使电子束连续通过一系列等势面后被聚集在一点。利用静电聚焦的特点，可以在喷头与打印基板之间放置辅助电极以限制鞭动不稳定射流的形成。

tse l^[4]等人利用双层成型的电场减小针头部分的水平径向电场力，使电场力呈竖直轴向，减轻液滴雾化。结果发现当基板高度变化较大时，打印质量较差；（见附件图1）

2. 研究的基本内容与方案

电流体动力喷印技术可以喷印高分子有机物等更多种材料，使得其应用范围更加宽广，如柔性电子制造、陶瓷元件制造、组织工程等。但是，目前的电喷印喷嘴绝大数采用金属喷嘴和收集基板间形成高压电场，以完成电喷印过程，收集基板必须为导电材料且收集基板表面必须均匀平整以保证稳定均匀的高压电场的形成，这种模式的电流体喷印就无法在绝缘基板或者自由曲面的基板上完成打印。因此设计能在绝缘基板或者自由曲面的基板上的电流体喷印喷头具有重要意义。

所设计喷头应该满足以下基本内容：

1 喷头能满足按需喷印和电纺丝直写的电喷印实验需求；

3. 研究计划与安排

第1－4周：完成调研收集分析有关资料，了解各种喷头结构。提出设计思路和内容，确定方案，完成开题报告。

第5－6周：设计基于静电聚焦的电流体喷头的结构。

第7－8周：喷头结构的优化设计。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张乃柏,郭秋泉,杨军. 数字打印柔性电子器件的研究进展[j].《中国科学》杂志社.2016.03.03.

[2]刘海燕,潘引波,姜佳昕,张恺,郑高峰,柳娟.气流聚焦静电喷雾喷射行为实验研究[j].中国机械工程第28卷第8期2017年4月下半月

[3]王治金,汪洋,高广君.聚焦静电场结构及聚焦原理详析[j].齐齐哈尔师范学院学报（自然科学版）.1995.08