材料沉积喷墨打印及
涂层系统解决方案

我们的应用

基于Inkjet、EHD、Ultra-sonic等技术积累,搭建材料喷墨打印与涂层研究与 应用平台,从科研到产业为您提供解决方案。

<p>材料微液滴产生、液滴下落撞击干燥的理化性质研究、气雾发生、大气物理水汽标定、微结构打印、染料及织物印花、农药喷施液滴研究等。</p>

其他

材料微液滴产生、液滴下落撞击干燥的理化性质研究、气雾发生、大气物理水汽标定、微结构打印、染料及织物印花、农药喷施液滴研究等。

典型案例

  • ▲ 大气物理水汽标定

    MicroFab的皮升级微液滴发生系统可用于大气探测。液滴测量范围2~50μm。

  • ▲ 大气化学研究

    MicroFab的皮升级微液滴发生系统可用于大气微量气体,气溶胶,大气放射性物,冰核,单颗粒物分析,气溶胶-云交互作用等相关研究。

  • ▲ 大气环境模拟

    澳门大学科技学院土木与环境工程系黎永杰副教授使用MicroFab的微液滴发生系统产生不同大小的单组分粒子液滴和混合组分粒子液滴,用于研究相对湿度对混合粒子吸湿性的影响,实验研究经历不同RH循环的混合粒子的吸湿行为变化的结果表明,当大气中的RH循环作用于具有反应性组分的混合粒子时,可能会对它们的吸湿性产生显著影响,这种现象可能会导致其形成产物的光吸收而加剧加热效应,进而影响辐射平衡和全球气候。(2020)

  • ▲ 气溶胶中的散装、地表和气相限制水输送

    布里斯托尔大学化学学院使用MicroFab的微液滴发生系统(喷头:MJ-APB-01)将液滴引入室中,并通过感应电极的存在将小电荷施加到液滴上,并与电动力学天平(EDB)与光散射技术结合研究了溶质种类对水性气溶胶微滴之间传质的影响。探索了缓慢的体相扩散和表面有机膜的形成对水蒸发的限制,将离子盐溶液(特别是氯化钠和硫酸铵)的蒸发测量值与分析模型框架的预测值进行比较,突出了与量化气体扩散传输相关的不确定性。(2020)

  • ▲ 过冷水滴的蒸发动力学和冻结特性研究

    剑桥大学大气科学中心和生物化学系研究出一种新设计的冷电动平衡(CEDB)系统,并展示了测量SWD的蒸发动力学和冻结特性方面的初步应用。悬浮水滴位置的CEDB室温度可控制在以下范围内:−40至+40◦C,液滴半径的测量是通过分析532nm激光的米氏弹性光散射获得,Mie散射信号也用于表征和区分液滴冻结事件;通过对蒸发液滴半径的时间分辨测量,计算了单悬浮液滴的蒸发率,并测量了蒸发率随温度的明显趋势。将MicroFab微液滴生产系统与CEDB联合使用研究了过冷液滴的蒸发速率和这些液滴的冻结能力,在未来的实验中可用于研究一系列冻结现象及其对大气冰核的影响。(2015)

  • ▲ 气溶胶液滴中稀胶体悬浮液的干燥动力学和颗粒形成

    布里斯托尔大学化学学院利用Microfab的微液滴生成系统产生二氧化硅NPs液滴,结合电动平衡仪(EDB)和落滴链仪研究了气相干燥条件、温度和相对湿度以及气溶胶微滴特性对单微滴实验中干燥微粒的干燥动力学和形态的影响,干燥微粒形态和表面性质可以利用来自单液滴测量的先验动力学数据进行设计,这些数据可用于扩大设计和参数优化,用于食品和制药行业的大多数中试喷雾干燥机应用。(2020)

  • ▲ 吸入过程中气溶胶大小的动力学

    布里斯托尔大学化学学院、英国伦敦国王学院药物科学研究所和赫特福德大学局部药物递送和毒理学研究中心利用MicroFab的微液滴发生系统产生微小液滴,用于研究吸入前和吸入过程中气溶胶颗粒的大小是如何影响其在肺部内的沉积位置以及吸入过程中气溶胶的吸湿性增长,以准确模拟沉积剂量,实验结果可增强我们对药物气溶胶在肺部的药物沉积的理解,并使我们能够更准确地预测和操纵药物气溶胶在肺中的药物沉积。(2014)

  • ▲ 液体气溶胶的平衡吸湿性和水分输送动力学的同时分析

    布里斯托尔大学化学学院使用Microfab的微液滴生成系统(MJ-ABP-01,30μm)和圆柱形电极电动平衡技术结合,可进行液体气溶胶平衡吸湿性和水传输动力学的同时分析,通过对探针和样品气溶胶进行微滴生成,可以高精度甚至接近饱和地恢复气溶胶微滴平衡吸湿响应和水凝结和蒸发动力学。通过该方法可准确测量气相相对湿度(RH),其不确定度通常小于0.005。通过快速操纵进入试验室的气流,可以在<0.5 s的时间范围内实现相对湿度的阶跃变化。(2013)

  • ▲ 气溶胶表面张力研究

    气溶胶是大气的关键成分,在许多工业过程中发挥着重要作用。由于气溶胶颗粒具有较高的表面体积比,因此其表面特性尤其重要,直接测量气溶胶颗粒的表面性质是有挑战性的。布里斯托尔大学化学学院使用Microfab的微液滴生成系统与高度时间分辨频闪成像监测结合,描述了一种测量表面时效 <1 ms 的皮升体积液滴的表面张力的方法,液滴表面张力可以在各种液滴尺寸(10-25μm半径)和表面时效(低至100μs)范围内准确测量。(2019)

  • ▲ 单个气溶胶液滴中挥发性成分蒸发的时间分辨测量

    布里斯托尔大学化学学院使用MicroFab的微液滴发生系统和圆柱形电极电动平衡技术结合,提出了一种检查单个气溶胶颗粒动态吸湿响应的策略,允许直接研究调节颗粒尺寸时间依赖性的热力学和动力学因素之间的相互作用。在测量不断变化的液滴尺寸时,时间分辨率高达2.5ms,是该领域早期工作的50-100倍;并且提供了快速改变气流条件的机会,引发蒸发或冷凝事件,并允许随后研究动力学。MicroFab的微液滴生成系统可以快速连续重复蒸发事件的实验,以前的仪器没有足够的稳定性/再现性来允许这种重复测量。(2012)

  • ▲ 研究影响病原体空气传播的微物理因素的变革性方法

    布里斯托尔大学化学学院与英国国防科学技术实验室(DSTL)报告了一种新的实验策略,TAMBAS(气载微生物存活的微物理和生物学评估的串联方法,使用MicroFab的微液滴发生系统制备样品微滴,以探索影响气溶胶微滴中气载微生物生存的物理化学和生物学过程之间的协同作用。这种创新方法提供了对从气溶胶液滴生成到局部环境中的平衡和生存力衰减过程的独特和详细的理解,阐明了之前未描述的衰减机制。结果表明,蒸发过程以及蒸发过程中气溶胶颗粒的相态和形态变化影响微生物的生存能力。发现液滴大小影响空气中细菌的生存能力,这一新方法和数据有助于在医学、兽医、农业和农业领域的生物气溶胶研究中增加对气溶胶存活和传染性的机械理解,包括微生物在大气处理和云形成中的作用。(2020)

  • ▲ NASA实验舱太空观测探索微重力环境中自由悬浮液晶的特性

    美国宇航局在微重力环境中的减重抛物线轨道飞行的初始测试中使用了MicroFab的微分配器。空间近晶质岛的观察与分析(OASIS)项目正在探索微重力环境中自由悬浮液晶的特性。 MicroFab的喷墨分配器用于在液晶表面上沉积液滴。分配器在2014年在国际空间站上飞行的设备上安装,在那里进行完整的实验。 上图显示了使用MicroFab喷墨分配器的气泡室。 空间近晶质岛(OASIS)甘油/水填充物的观察和分析:在每个样品容器上用甘油/水填充Inkjet液滴设备,用于最终实验协议,并更换硬盘驱动器。OASIS研究液晶在微重力下的独特行为,包括它们的整体运动和被称为近晶岛的晶体层的合并。液晶用于电视和时钟的显示屏,它们也存在于肥皂和细胞膜中。该实验允许对这些结构的行为进行详细研究,以及微重力如何影响它们像液体和固体晶体一样起作用的独特能力。(2011)

  • ▲ 液滴撞击研究

    相关研究团队采用高速视频成像来研究影响自由悬浮的近晶液晶薄膜的几皮升体积的微滴(由配有MicroFab的MJ-ATP-01喷头的微液滴发生系统生成)。根据撞击参数,特别是液滴速度和质量,观察到三种不同的状态,例如捕获、回弹和隧穿。快速液滴完全穿透薄膜。在它们通过薄膜后,它们被涂上一层薄膜材料,而原始的近晶薄膜保持完整。在某个中间速度范围内的液滴从薄膜反弹回来。撞击后,薄膜变形并将液滴抛回,消耗大量初始动能(上图为冲击速度为4.8m/s的液滴和具有相同速度的卫星液滴从薄膜上弹回。卫星液滴激发初级液滴的振荡,因此当液滴具有扁长的形状和与薄膜的短接触线时,它可以离开近晶薄膜。图像是减去背景的。图像尺寸为170μm×170μm。每帧中的时间以微秒为单位,相对于液滴与薄膜的第一次接触。)。缓慢的液滴被捕获并嵌入薄膜中。在冲击和隧穿过程中,会损失大量的动能。在液滴撞击期间以及随后的薄膜和液滴的机械振动和振荡期间,能量被部分耗散。可以利用高速液滴的隧穿过程来制备具有明确尺寸的近晶壳,其中包含几皮升不混溶的液体。

  • ▲ 具有相同粘度的等直径皮升液滴二元碰撞的动力学和结果

    在“具有相同粘度的等直径皮升液滴二元碰撞的动力学和结果”的研究中,已经通过实验研究了具有相同粘度、不同冲击速度和冲击角度的等直径皮升液滴(MicroFab微液滴发生系统)的二元碰撞动力学,并与碰撞结果预测模型进行了比较。检查了粘度为 0.89mPa s 的纯水滴对和粘度为 5.17 mPa s 的含水蔗糖 (40% w/w) 液滴之间的碰撞。碰撞液滴的直径约为38μm,比之前在检查粘度对二元液滴碰撞结果的影响时研究的液滴小十倍左右。改变撞击速度和角度会导致不同的碰撞结果,包括聚结、反射分离和拉伸分离。碰撞结果绘制在两个粘度相关的状态图上。对于高粘度和低粘度情况,状态边界通常与早期文献一致。对于两种流体,实验和理论之间的一致性使英国布里斯托大学化学学院和英国伦敦帝国理工学院土木与环境工程系的相关研究人员对这里测试的模型更有信心,以预测这种尺寸和这些粘度的液滴的碰撞结果。(2022)

  • ▲ 纳米尺度液滴的撞击动力学研究

    纳米尺度液滴铺展与回缩动力学研究等微流体数理研究。

  • ▲ 农药精确变量喷施研究

    ​农药精确变量喷施技术一直是智能化植保机械的重要研究内容,一直是精细化农业领域的研究热点。农药精确喷施牵涉到农药的有效利用、农产品安全、环境污染和操作者的人身安全等众多问题。如何按照农业要求快速准确地进行喷施作业,并使其具有良好的雾化特性和均匀性是喷施的关键要素。 农药雾滴在叶片表面的沉积、润湿和粘附行为在植物保护中至关重要,因为对它们的研究能有效减少化学品浪费和环境污染。实际中数以百万计的直接作用于植物表面的农药雾滴会到达非目标地点,且这些农药在降落途中可能被风吹离轨道,也可能从植被表面反弹回来。这种偏差导致施药效果降低且施药频率增加,因此,将大多数液滴定位在目标表面以防止化学物质损失在农药植保中是一个非常值得关注的问题。解决这一问题的方法包括用表面活性剂改变农药制剂的流变性质,并对喷雾液滴进行静电充电,以增强在叶片表面的沉积和扩散效果。表面活性剂的加入起到发泡或消泡、稳定或缓冲以及润湿或粘附性质的作用,并降低制剂的界面张力以增强液滴的沉积。来自有机硅氧烷、聚电解质和乙氧基化合物的表面活性剂已被试验证明有效,其效力取决于浓度水平。虽然表面活性剂农药复合物改善了植物表面的液滴沉积,但它受到叶片方向和表面形态、液滴行为和施用系统的抑制。亲水或疏水叶片表面在正面-背面部分暴露于喷雾液滴决定了沉积效率。喷射液滴的电荷叠加也增强了极性吸引和环绕沉积。高电压施加为液滴提供了特有的负电荷,以吸引叶片结构中的正离子。在不同的各向异性的情况下,表面活性剂-农药配方和电极荷电率的组合效应可以最大化液滴在不同叶片表面上的沉积和扩散。 江苏大学课题组利用自己设计的药物液滴观测分析平台研究了不同浓度的表面活性剂和农药制剂在疏水性叶片正面的原位带电单尺寸液滴行为。实验平台可以研究溶液电导率、液滴荷电率、表面张力、静态接触角、疏水性叶片表面上的沉积和润湿面积。定制的液滴发生器与开发的感应电极喷嘴帽相结合,用于产生带电的单一尺寸的液滴。该模型包括一个注射针头,通过头部泵的振荡运动将带电液滴流分配到叶片表面。注射器的不锈钢针头长度为5毫米,直径为0.71毫米,容量为2.5毫升,可产生2至5微升的单个液滴。针头固定在喷嘴帽内,每侧有两个30 × 10 × 3毫米的电极,并连接到容量为15千伏的高压发生器,以在液滴破裂时将负电荷叠加到液滴上。使用平板电极在农药喷洒的连续液滴排放区(适用于扁平扇形喷嘴)获得高性能和最大充电强度的对称电场。该装置是可调节的,以在任何设置下保持针尖和测试台之间的最大距离为50毫米。该装置在一个封闭的实验室内,内部有静风以防止液滴喷射脱轨,湿度为67%,温度为25℃,以提供模拟现场条件的理想液滴蒸发。将不同浓度的表面活性剂-农药复合物的制剂吸入注射泵。以指定的时间间隔转动注射器的旋钮,以喷射带电的液滴大小。 在叶片表面,带电的单一大小的液滴在破裂后具有势能,降落(沉积),膨胀获得动能(扩散),并根据表面的各向异性粗糙度或光滑度粘附(保留)或脱落(反弹)。光谱研究了雾滴在叶片表面的沉积、滞留、扩散、反弹和接触角等撞击行为。由于叶片表面的形态特性是生物稳定的,因此只有配方和应用系统才能得到改善,以增强液滴撞击行为。表面活性剂的加入改变了农药溶液的流变特性,而电荷的叠加有助于液滴撞击叶片表面结构。不同浓度的表面活性剂-农药溶液的电性能和导电性从根本上影响了液滴的荷电性以及液滴在叶片表面的沉积状态。 液滴体积大小的变化直接影响表面活性剂和农药制剂在施用过程中的表面张力。溶液中分子内的内聚力对于较大的液滴尺寸比较小的液滴尺寸更强,因此γ值更大。在所有配方中,液滴尺寸的增加使γ值最大化。相比之下,水溶剂会产生较大的液滴,但在水溶液中混合表面活性剂和农药会产生较小的液滴,从而产生较低的γ值。 在农药喷洒过程中,液滴表现出撞击、弹跳或扩散行为。配方的流变性质和叶片表面的纹理类别影响着撞击过程,这取决于液滴夹带的动能。由于弹跳通常在高冲击力下发生,在本实验中,静电感应原理应用于表面活性剂-农药溶液的液滴时,这种现象是不可见的。带电液滴轰击、固定和润湿叶片表面的时间取决于液滴的体积。在植物的正面叶片上,不同浓度的乳油和制剂的液滴冲击行为不同。液滴在表面的扩散随着溶液中表面活性剂-农药浓度的增加,达到最大平衡点。 总之,在实验室中研究了表面活性剂-农药复合制剂对电荷的响应性,以增强液滴在疏水性叶表面上的撞击行为。该制剂在溶液中表现出表面活性剂和农药作为超级分散剂的特征。除水外,表面活性剂和农药在水溶液中的电导率随着浓度的增加而增加,这进一步增加了液滴的电荷量。喷射液滴流中电荷的叠加降低了γ值,并且总是降低叶片疏水表面的接触角。带电液滴的γ值和静态θ值的下降程度与液滴的大小和体积成正比。 在农药喷雾应用方面,MicroFab研制的微液滴发生系统可以为研究药物喷雾的发生和控制提供一整套研究方案。通过MicroFab的微液滴发生系统可以观测液滴在植物叶面上的运动情况及附着状态。该系统可以很好的应用于农药精确喷施技术的研究。其优点:1、高精度,喷墨产生高度可重复的液滴,可通过聚集产生更大的体积;2、连续变化,从此应用的角度来看,单个滴(20-200 pL)的极小尺寸几乎会产生总(累积)量的连续变化。

  • ▲ 植物高分辨率地标(植物科学)

    喷墨微图案化是一种通用的沉积技术,在许多领域都有广泛的应用。然而,它在植物科学中的应用在很大程度上尚未得到探索。叶片膨胀是植物科学领域最重要的参数之一,并且已经开发了许多方法来检查叶片不同部分的不同膨胀率。其中,基于通过数字成像跟踪自然地标的方法需要复杂的设置,其中叶子必须保持固定并处于张力下。此外,分辨率仅限于自然地标的分辨率,这些地标通常很难找到,尤其是在幼叶中。为了使用人工地标研究叶层的精细尺度扩展动态,有必要在叶表面放置小的非侵入性标记,然后在一段时间后恢复这些标记的位置。 为了在非常精细的尺度上监测二维叶片扩张,相关研究团队使用了喷墨微图案系统(MicroFab,MJ-AB-63-40)在常春藤(Hedera helix)的小发育叶片上打印由 0.19mm2细胞组成的网格,使用直径为40μm,间距为91μm的点构成。不同生长阶段的叶子在放大倍数下成像以提取标记的坐标,然后将其用于随后的计算机辅助叶子扩展分析。例如,研究人员获得了量化的全局和局部扩展信息,并在整个叶子表面上创建了扩展图。结果揭示了短期内精细尺度扩张差异的显着模式。在这些实验中,叶子的基部是膨胀的“冷点”,而叶窦是膨胀的“热点”。研究人员还测量了对叶子膨胀的强烈阴影效果。讨论了构建用于植物科学的喷墨打印设备所需的功能,这将进一步扩大可以在这些尺度上打印的组织范围。 为了将喷墨微图案技术应用于植物研究,研究人员成功地在常春藤叶表面提供了地标,并实现了对不同生长阶段叶片扩张的高分辨率二维监测。该测量能够可靠地识别植物生长过程中的细微尺度变化。除了提供地标外,该技术还可用于提供微尺度目标生物成分,例如生长激素,并可能用于直接在叶子上形成传感器图案。

  • ▲ DLLME

    相关研究人员开发了一种使用基于喷墨的分散液-液微萃取 (DLLME) 结合超高压液相色谱-串联测定小麦中黄曲霉毒素 B1、B2、G1 和 G2(AFB1、AFB2、AFG1 和 AFG2)的新方法质谱。通过将提取溶剂(10μL)作为超细液滴(直径约20μm)高频注入样品溶液中,使用按需喷射装置(MJ-AT-01)在传统的DLLME中形成混浊溶液。该方法使用小麦作为代表性基质进行了验证,该基质用乙腈/水溶液进行了预处理。在研究范围 (0.06–6 µg/kg) 内观察到良好的线性,定量限 (0.06–0.18 µg/kg) 低于欧盟为谷物制定的最高水平。所有化合物都获得了令人满意的回收率,范围为 83.2% 至 93.0%,相对标准偏差低于 4.6%。该方法简便可靠,溶剂消耗低,代表了传统DLLME技术发展的新方向。

  • ▲ 流体动力学研究

    微米级液滴的精确和有效生成是基于液滴的微流体最常见和最重要的问题之一。主动液滴生成利用额外的能量输入来促进液滴生成的界面不稳定性。在通过有限界面振动在微流体中产生主动飞升液滴的研究中,相关研究团队报告了一种使用受限界面振动 (CIV) 在微流体系统中主动生成飞升液滴的新技术。 CIV是在传统喷墨喷嘴的喷口处首先通过将液体推出然后将其拉回而形成的。液滴在退出过程中被夹断,这与当前的主动液滴生成技术不同,后者仅将液体单向推出。CIV可以在半径为30μm的孔口处主动生成半径范围为约1至28μm的液滴,这与传统的主动生成技术不同,在传统主动生成技术中,液滴始终与孔口相当或略大。实验结果表明,可以通过控制CIV的强度来定制液滴体积。喷墨技术(MicroFab的MJ-AT-01-60喷头)固有的数字特性可以轻松精确地调节液滴体积,使其与数字微流体系统无缝兼容。

  • ▲ 爆炸物样品

    美国陆军和应急机动部队越来越关注高能材料的检测和识别,如自制和简易爆炸装置。为了准确地检测和识别这些未知物(高能或良性),研究人员必须使用易于理解的通用测试基质,准确地训练现场检测系统进行痕量和块体检测。在这里,相关研究团队讨论了使用按需喷墨技术制备的表面增强拉曼散射(SERS)来表征硝酸铵(AN)的各个相。 在农业和工业中具有实际用途的硝酸铵是陆军感兴趣的分析物,因为它通常被用于简易爆炸装置。为了准确地检测和识别这种材料,危险评估系统需要已知的含硝酸铵的培训材料。这可能是具有挑战性的,因为硝酸铵表现出不同的多晶相(通常在标准条件下最常见的是III相和IV相),这取决于材料的处理历史,甚至沉积材料的浓度。 通常,在标准条件下,IV相被认为是最稳定的形式。然而,当存在催化溶剂时,硝酸铵可以从II相转移到III相。在正常情况下,IV相是正交的(有三个不平等的轴以直角相交),每个单元有两个公式单位。III相也是正交晶系,但每个晶胞有四个公式单位。由于晶胞体积增加4%,从IV到III的相变导致硝酸铵膨胀,因此肥料颗粒的孔隙率和爆炸潜力增加。在室温下,硝酸铵IV相到III相的转变可以经历一个与II相非常相似的中间阶段。当用拉曼观察到硝酸铵的相变时,通常与硝酸盐(NO3-)对称拉伸模式相关的谱带从1050cm-1的II相、1048cm-1的III相和1044cm-1的IV相转移。 相关研究团队使用SERS表征基板上存在的材料,其具有拉曼的所有优点(样品制备少、材料不会降解、适用于水溶液,并且可以与许多激光源一起使用),以及额外的优势,与自发拉曼相比,信号增强。这种改进源于样品和金属化基材表面之间的化学和电磁增强。在实验中,研究团队使用了市售的Klarite SERS基材,这些基材具有良好的特征、可重复性和很少的背景污染。 历史上,研究人员使用滴干法制作测试试样。他们将溶液中的材料涂在表面上,随着溶液蒸发,剩余的材料变干,表现出咖啡环效应,环的外边缘周围有高浓度材料区域,中心是低浓度材料区域。该技术因其在时间、技能和材料方面的易于应用以及危险材料在溶液中的便携性而广受欢迎。滴干法在样品重现性和均匀性方面面临挑战。因此,政府、学术界和工业界的研究人员正在转向更可重复性的标准化方法,如喷墨打印,用于样品制备。 为了研究硝酸铵的多晶相如何影响系统评估,研究团队使用Jetlab®4按需喷墨打印系统将已知浓度的硝酸铵均匀地沉积在Klarite SERS基材上。沉积了硝酸铵之后,研究团队测量了由此产生的SERS信号。使用打印方法,可以改变材料的位置和浓度——块体(>100μg/cm2)和痕量(<100μg/cm2)——落在基板上。使用打印系统,可以以多种图案沉积材料,包括模仿指纹的图案。 在块体硝酸铵样品中(>100μg/cm2),研究团队测量了一个在1044cm-1处的SERS主峰和一个1048cm-1处的小肩峰。这表明样品可能形成了两个具有不同相的区域,主要是IV相和一些III相。根据这些结果,假设硝酸铵可能能够形成坚硬的外保护层壳(IV相),而液滴内部可能保持在能量不太有利的状态(III相),因此证明了在相同液滴内兼有IV相稳定和III相稳定性较差的多晶型物。在硝酸铵的痕量样品中,研究团队测量了III相和IV相的晶体结构,最常见的是III相。这些观察结果表明,在制造用于评估系统的标准化测试样品时,有必要充分了解可以测量的各种多晶型物。 作为痕量打印能力的另一个例子,研究团队打印了一些不同的高能材料,包括TNT和爆炸有机化合物RDX和季戊四醇四硝酸酯(PETN)。上图显示了打印在Klarite SERS基板上的材料的一些扫描电子显微镜图像(打印在Klarite SERS基板上的硝酸铵含能材料的扫描电镜图像。放大倍数:(A) 46×、(B) 1562×、(C) 11,148×、(D) 29,682×)。该研究团队的工作表明,使用喷墨打印系统,可以制造出可重复、均匀、光谱特征良好的样品,用于危险检测系统的评估。 在使用按需喷墨系统制备的样品评估光学检测技术时,必须训练该技术以基于光谱特征检测和识别材料的多种多晶态。研究团队已经表明,在制备标准化样品时,由于溶剂沉积和蒸发条件导致的分析物多态性是一个重要的考虑因素。将来,该研究团队将研究与特定多晶态形成相关的物理条件,以及液滴沉积在其上的基板表面的影响。

  • ▲ 痕量爆炸物分析测试材料

    上左图是在一张Whatman 41滤纸上喷墨打印的炸药样品片,包含9个样品和50ng C4炸药和3个空白。上右图是部分打印阵列的放大图。 每个阵列位置是5滴喷墨打印溶液。将罗丹明染料添加到打印机溶液中以允许打印阵列的可视化。

  • ▲ 痕量爆炸物分析测试材料

    证明了使用压电按需喷墨打印制备用于痕量爆炸物分析的测试材料的可行性。 RDX(1,3,5-三硝基-1,3,5 三氮杂环己烷)被配制成可喷墨打印的溶液,并喷射到适合校准目前在全球范围内用于违禁品筛查的离子迁移谱 (IMS) 仪器的基材上。 重量分析、气相色谱/质谱 (GC/MS) 和紫外-可见 (UV-vis) 吸收光谱用于验证喷墨打印机(Jetlab®Ⅱ高精度喷墨打印系统)溶液浓度和分配到测试材料上的炸药数量。 对于爆炸性RDX(1,3,5-三硝基-1,3,5 三氮杂环己烷)的大规模沉积,喷墨打印过程的再现性被确定为优于2%的单日打印和优于3%的日复一日。 左图为打印在混合纤维素酯膜过滤器(0.05μm 孔径)上的单滴阵列图案(20x20,点间距0.3mm)的荧光显微照片。右图为打印在定量级无灰滤纸上的相同阵列。 将荧光素染料添加到打印机溶液中以使液滴可见。

  • ▲ 爆炸物探测器校准

    自2001年9月11日起,检测非常低含量的非法物质(化学和生物制剂及炸药)的需求已成为联邦,州和地方政府机构的当务之急。在机场,边境口岸,联邦大楼,港口,使馆和高度安全的区域中,需要能够检测微量上述物质的系统。在这样的区域中已经部署了成千上万的痕量检测器。爆炸物代表一类重要的非法物质,而军事爆炸物(例如TNT,RDX,PETN,HMX)是重要的子类,目前是各种痕量检测方法所针对的重要子类。痕量检测-检测极少量的爆炸物-识别与爆炸物接触的人或物。痕量检测方法已在从手持和便携式到台式或门户的各种仪器中实现。下面介绍一些最常用的检测方法。 检测方法从爆炸物散发的气雾中识别信息。主要问题是在环境温度下蒸气压或高炸药浓度相当低。25°C空气中爆炸性蒸气的浓度范围为千分之1到万亿分之一或更低。因此,检测仪器要么必须采样大量空气,要么具有高灵敏度,首选后一种选择。除了犬的痕量检测外,检测方法还可以分类为:分离方法(气相色谱-GC,高效液相色谱-HPLC,毛细管电泳-CE),离子检测方法(质谱-MS,离子迁移谱-IMS),振动光谱法(红外吸收,拉曼散射等),紫外线/可见光法(发荧光的聚合物,颜色反应),免疫化学传感器或电化学传感器。单个“电子鼻”仪器中可以包含多个传感器。从对当前市场上可用系统的分析来看,IMS跟踪工具似乎非常常用,可以应用于广泛的系统(从手持式到门户)。 在所描述的各种方法中,尤其是在灵敏度的最新改进之后,气雾检测成为了最实用,最可取的检测方法。产生已知爆炸物浓度的气雾的现有系统是基于从固体炸药中提取气雾。这些系统相当大,几乎没有小型化的前景,动态范围也很小。MicroFab的系统可以轻松减小尺寸,并可以作为模块化组件制造,以包含在跟踪检测系统中,以进行定期自动校准。 通过产生已知浓度的爆炸性气雾,气雾发生器提供了一种手段来验证现场系统的检出限及其重新校准。IMS是气雾痕量检测中使用最广泛的技术之一,但是它对由于天气或海拔高度引起的压力变化敏感。气雾发生器可用于在各种操作/环境条件下重新校准IMS系统。 气雾发生器的另一个应用领域是各种仪器之间的比较。当前,关于仪器灵敏度的唯一可用信息来自制造商。每个制造商使用不同的方法来确定和报告其仪器的灵敏度。为了能够比较来自不同制造商的痕量检测器,基准仪器和测试程序是必需的。 为了提高检测极限而进行的持续研究和开发需要非常低浓度的气雾源。期望这种气雾源是便携式的,因为在现场部署的大量气雾痕量检测器是固定的。现有技术不是很精确,不能轻易小型化。NIST已使用MicroFab微型分配器的数据评估了采用喷墨微型分配器的气雾发生器对几种炸药(RDX,TNT和PETN)提供的潜在范围,并显示浓度几乎可以连续变化,范围为每0到百分之一百万亿(v / v)。该范围不仅涵盖当前的检测极限,而且还将涵盖未来新开发的探测器灵敏度的提高。

  • ▲ 糖醇甜味剂检测(IMS)

    相关研究团队在通过离子迁移谱检测和鉴定糖醇甜味剂的研究中,使用离子迁移谱(IMS)证明了糖醇甜味剂的快速和灵敏检测。IMS在灵敏度、成本和分析速度方面提供了一种宝贵的替代方案,介于冗长的金标准液相色谱-质谱 (LC-MS) 技术和快速测量点一次性比色传感器之间,用于食品和营养行业的质量控制和其他“食品组学”领域的需求。使用精确的喷墨(MicroFab的Jetlab®4 XL-B喷墨打印系统)打印样品评估了赤藓糖醇、季戊四醇、木糖醇、肌醇、山梨糖醇、甘露糖醇和麦芽糖醇的IMS响应、特征和检测限。检查并优化了IMS系统参数,包括解吸温度、扫描时间和刷卡基板材料,证明对相应糖醇的物理化学性质有很强的依赖性。发现每种化合物的解吸特性决定了系统响应和整体灵敏度。这些化合物的灵敏度范围从单纳克到数百皮克,最佳解吸温度范围为125°C 到200°C。使用IMS检测和识别商业产品(口香糖和甜味剂包)的糖醇成分。IMS被证明是一种有利的现场可部署仪器,可由非技术人员轻松操作,并能够为糖醇提供灵敏的测量点质量保证。

  • ▲ 化学蒸气检测

    用于化学蒸气检测的量子点和聚合物复合交叉反应阵列。交叉反应化学传感阵列由CdSe量子点 (QD) 和五种不同的有机聚合物通过喷墨打印(Jetlab®4喷墨打印系统)制成,以在石英基板上创建分段的荧光复合区域。传感器阵列受到来自两组分析物的暴露的挑战,包括一组14种不同的功能化苯和一组14种与安全问题相关的化合物,包括爆炸物三硝基甲苯 (TNT) 和硝酸铵。由于改变QD荧光的多种传感机制,该阵列对具有不同化学功能的分析物具有广泛的响应。传感器阵列显示出两组内成员之间的出色区分。实现了超过93%的分类准确度,包括完全区分非常相似的二硝基苯异构体和三种卤代、取代苯化合物。这种类型的交叉反应阵列的简单制造、广泛的响应性和高辨别能力是开发对化学和爆炸威胁具有出色灵敏度同时保持低误报率的传感器的理想品质。

  • ▲ 气溶胶喷射

      通过Inkjet喷墨打印技术实现气溶胶生成。

  • ▲ 激光诱导击穿光谱 (LIBS)

    相关研究团队使用了引起击穿光谱法分析来自气溶胶和微滴的液体(上左图为LIBS实验装置示意图。上右图a为从喷头喷出的90pl液滴,b为LIBS等离子体中的微滴被雾化和电离。)。激光诱导击穿光谱(LIBS)显示能够对溶液中溶解金属的皮克量进行小体积(90pL)定量元素分析。使用532nm双头激光耦合到具有增强电荷耦合器件(CCD)检测器的光谱仪,研究人员研究了单脉冲和共线双脉冲LIBS。气溶胶是使用微雾化器产生的,在同心雾化室内进行调节,并通过直径为1毫米的注射器管释放,这样可以在距离管子出口约2毫米处形成LIBS等离子体。然后用宽带高分辨率光谱仪收集气溶胶和单个微滴的排放物。制备多元素校准溶液,并对气溶胶和微滴系统(MicroFab)的持续校准验证(CCV)标准进行分析,以计算每个系统的精密度、准确度和检测限。校准曲线产生了两个系统的R2值>0.99的相关系数。对气溶胶LIBS测定的精密度、准确度和检测限(LOD)取平均值,然后测定Sr II(421.55nm)、Mg II (279.80nm)、Ba II (493.41 nm) 和 Ca II ( 396.84nm)分别为~3.8%RSD、3.1%偏差、0.7μg/mL。使用微滴分配器(MicroFab直径60μm喷头))将含有90pL的单滴递送到用聚焦激光脉冲产生LIBS等离子体的空间中。在单滴微滴LIBS实验中,对总质量为45pg的单滴的分析导致13%的RSD精度和1%的Al I(394.40 nm)发射线偏差。单滴微滴LIBS发射线Al I(394.40 nm)和Sr II(421.5 nm)的绝对检测限约为1pg,Ba II(493.41 nm)的绝对检测限约为3pg。总体而言,针对单个微滴LIBS确定的精密度、准确度和绝对LOD导致元素Sr II (421.55nm)、Al I(394.40nm)的典型性能为~14%RSD、6%偏差和1pg,Mg II(279.80)和Ba II(493.41nm)。

  • ▲ 燃料液滴蒸发动力学研究

    与使用纯化石燃料相比,使用生物乙醇和汽油的混合物作为汽车燃料可净减少有害排放物的产生。然而,燃料液滴蒸发动力学根据混合比而变化。相关研究人员使用单粒子操作技术来研究乙醇/汽油混合微滴(微液滴发生器,MicroFab MJ-APB-01)的蒸发动力学。电动平衡的使用可以在受控环境中测量单个液滴的蒸发,而光镊有助于研究喷雾内液滴的行为。因此,两种方法的结合非常适合获得蒸发过程的完整图像。他们研究了向汽油中添加不同量乙醇的影响,并观察到乙醇含量较大的液滴需要更长的时间才能蒸发。此外,研究人员发现其方法足够灵敏,可以观察液滴中痕量水的存在。预测乙醇和汽油液滴在干燥氮气中蒸发的理论模型用于解释实验结果。还对光镊中其他气溶胶的环境饱和度进行了理论估计。

  • ▲ 香气发生装置(零售和电商)

    互联网或您当地的杂货店的下一个层面将是增加香气。想象一下在当地杂货店的过道上走。您经过烘烤区,特别是盒装布朗尼蛋糕区。您的运动会触发一个传感器,散发出新鲜出炉的巧克力蛋糕的香气。这会诱使您购买巧克力蛋糕吗?甚至使您渴望巧克力蛋糕吗?与单独包装相比,香气的使用可能非常有力,甚至更具说服力。 在香水行业,市场研究可能是一项艰巨的任务。通过使用香气生成设备,公司可以以比当前方法更实惠的成本对最终用户进行市场研究。这些工具不仅高度适用于香水行业,而且还适用于任何希望更多地了解香气对消费者决策产生影响的行业,如:商场、酒店等。 当放置在百货商店中并链接回香水制造商时,内部装有香水产生装置的信息亭将是一种宝贵的工具。使用信息亭的个人可以任意组合,从不同的气味或“香精节点”中进行选择,并在几秒钟内闻到新创建的香精。然后,程序可以在记录信息并将其通过Internet发送回制造商的过程中,始终询问消费者对所创建香水的喜好。该应用程序还可用于市场测试机构甚至研究实验室。

  • ▲ 气味发生装置(娱乐与虚拟现实)

    香气通过给游戏玩家带来自然的气味来增强游戏的动作。但是,香气的使用更加深入。研究表明,香气可用于引发恐惧,兴奋和许多其他情绪。在游戏中添加此维度将创造更逼真的游戏体验。 MicroFab创建了代号为Pinoke的原型香气生成系统,以演示该技术在游戏环境中的紧凑性和简便性。Pinoke型设备可能位于显示器旁边,正前方,甚至可能像医生的听诊器一样被佩戴。写入软件代码的数字信号触发香气发生器发出精确数量的适当香气。Pinoke顶上的莫霍克号是一个香气盒,当香气材料被消耗掉时,只需将其拆下并更换。 游戏原型Pinoke中的相同技术适用于电影观看体验。声音彻底改变了无声电影,香气也改变了现代电影。香气生成设备还将增强虚拟现实体验。虚拟现实头戴式耳机中的安装设备将以轻松的方式将香气传递给受训者或游戏玩家。将气味纳入虚拟现实训练中将使训练环境更接近现实生活。

  • ▲ 液滴沉积研究

    对可印刷电子产品的兴趣,特别是基于纸张和纺织品的电子产品,推动了对多孔基材上胶体液滴喷墨印刷的研究。在无孔基材上,粒子运动和溶剂蒸发的相互作用决定了蒸发胶体液滴的最终沉积形态。对于多孔基材,溶剂渗入孔隙为文献中尚未完全阐明的沉积模式增加了一层复杂性。在多孔基材上的胶体液滴沉积:粒子运动、蒸发和渗透之间的竞争的研究中,研究团队研究了皮升大小的含有纳米和微米级颗粒的水性胶体液滴在纳米多孔阳极氧化铝基材上的沉积(按需喷墨打印系统,MicroFab MJ-Al-01喷头),研究了多孔基材上不同液滴和粒径、相对湿度以及孔径、孔隙率和润湿性。对于所考虑的情况,发现溶剂渗透比接触线附近的蒸发和粒子运动快得多,因此当基材完全吸收溶剂时,众所周知的“咖啡环”沉积被抑制。然而,当溶剂仅被部分吸收时,渗透完成后会存在残留的液滴体积。对于这种情况,有两个时间尺度很重要:由于扩散和平流而导致的粒子运动到接触线的时间tP和残留液滴体积的蒸发时间tEI。它们的比率tP/tEI决定了咖啡环沉积是形成 (tP/tEI<1) 还是抑制 (tP/tEI>1)。

  • ▲ 3D打印自走式传感器

    水污染是一项严重的全球性挑战,非常需要一种现场和实验室外的污染水平评估方法。在“用于通过表面张力评估水质的3D打印自走式传感器”研究中,相关研究团队报告了使用可打印和可生物降解的推进传感器作为污水废水中水污染指标的潜力。 研究团队使用反应式 3D喷墨打印技术制造了自走式传感器,该传感器可以快速指示由污水污染和其他降低表面张力的污染物引起的表面张力值降低。Z形传感器由再生丝素蛋白制成,最长边尺寸为 2.0 毫米,厚度为0.1毫米,丝素蛋白是一种环保且可生物降解的材料。喷墨打印(MicroFab Technologies)具有高分辨率和材料精确沉积的优势,允许制造掺杂有表面张力改性聚合物的小毫米尺寸传感器,该聚合物充当“燃料”,通过表面张力梯度驱动水面上的传感器。 结果表明,传感器的推进速度衰减率是一个很好的指标,可以指示污水污染的存在和大致水平。

  • ▲ 液滴蒸发研究

    在“放大数字在线全息(MDIH)在高温气流中脱硫废水液滴蒸发过程测量中的应用”的研究中,采用放大数字在线全息技术测量去离子水液滴和脱硫废水液滴在298-423 K温度范围内的蒸发过程。设计了石英玻璃蒸发室进行实验。测量区的总长度为 450 mm。液滴由压电喷射装置(MicroFab Inc.,Plano,Texas,USA)产生。喷嘴 (MJ-AT-01-50) 由锆钛酸铅压电陶瓷 (PZT) 材料和孔径为 50 μm 的玻璃毛细管组成。讨论了蒸发过程与温度、脱硫废水浓度、添加溶质、载气流速等操作条件的关系。去离子水在 298 K、323 K、373 K 和 423 K 的蒸发速率分别为 0.1156 µm2/ms、0.3398 m2/ms、0.5204 m2/ms、0.6381 µm2/ms。脱硫废水在298 K、323 K、373 K和423 K的蒸发速率分别为0.05201 µm2/ms、0.1673 µm2/ms、0.2912 µm2/ms、0.3606 µm2/ms。去离子水的蒸发速度约为脱硫废水的两倍。改文提出的进展使研究团队能够从三个方面研究液滴的蒸发:首先,可以研究注入高温气流的单分散液滴流的蒸发过程。其次,等效像素计算为 2.4299 µm/像素,放大倍数为 5.76。三是考察了影响脱硫废水蒸发率的因素。这些数据对于实现废水零排放和优化运行条件具有重要意义。(2021)

  • ▲ 尼龙织物喷墨印花

    功能材料的喷墨打印已在广告、OLED显示器、印刷电子和其他需要高精度、无掩模、直写沉积技术的专业用途中显示出广泛的应用,但分散在油墨中的难熔功能材料的沉降阻碍了其的进一步发展。由于喷墨打印技术对油墨的粒径、流变参数等性能有严格的要求,且打印头的喷嘴尺寸一般为几十微米,为了避免堵塞喷嘴,必须将分散在油墨中的功能材料加工成亚微米尺度,并在打印过程中保持稳定。国防科技大学航空航天科学与工程学院先进陶瓷纤维与复合材料科学与技术实验室通过一步溶剂热法提出了一种基于Cr2O3的自下而上的油墨制备策略。 实验获得的油墨在等效的自然沉积物测试下保持稳定2.5年。表征了溶剂热产物的化学成分,以及Cr2O3颗粒进行了分析。这些无定形Cr2O3颗粒被低温溶剂热反应产生的配体覆盖。覆盖颗粒表面的乙醇和乙酰丙酮对提高Cr2O3颗粒在溶剂中的溶解度形成超稳定胶体油墨起着重要作用。此外,该墨水使用喷墨打印系统Jetlab®Ⅱ成功地打印在了尼龙织物上,织物的打印区域与绿叶的光谱相关系数为0.9043。Cr2O3的一步自下而上的制造方法可为制备具有长期分散稳定性的金属氧化物基颜料油墨提供一般方法。(2021)

  • ▲ 织物喷墨印花

    数码喷墨印花已广泛应用于纺织行业。染料溶液和喷墨液滴的质量限制了喷墨打印性能,这对于在织物上获得高质量的喷墨打印图像非常重要。在“活性染料色团与二甘醇的相互作用对喷墨打印性能的影响”的研究中,相关研究团队将二甘醇(DEG)分别引入到活性蓝49和活性橙13的染料溶液中,并研究了染料生色团与DEG分子之间的相互作用。结果表明,染料发色团在聚集中具有特征。在染料溶液中加入DEG可以有效分解活性染料簇,消除卫星墨滴,从而提高织物上喷墨打印(Jetlab®Ⅱ高精度喷墨打印系统)图像的分辨率。在相同的DEG浓度下,活性橙13的解聚作用比活性蓝49更明显。活性橙13溶液需要更高的DEG浓度才能产生完整稳定的墨滴。测量染料溶液的表面张力和粘度,并评估在棉织物上的印花性能。还研究了染料发色团和DEG分子之间的相互作用机制。这项工作的结果对织物上的高质量喷墨打印图像很有用。

  • ▲ 用于喷墨打印的活性染料研究

    数码喷墨印花由于具有成本低、效率高、加工灵活等优点,在纺织行业得到了广泛的应用。尽管已经报道了许多在织物上喷墨打印高质量图像的方法,但在制备均质油墨和打印高分辨率图像方面仍然存在挑战。在“通过控制复杂染料和二醇分子的相互作用提高喷墨图像质量”的研究中,相关研究团队描述了一种简单的方法来制备用于在棉织物上进行高性能数字喷墨打印的稳定墨水。乙二醇和二甘醇两种生态友好型有机溶剂分别应用于Reactive Black 8溶液中。通过调节染料和二醇分子之间的相互作用,得到的Reactive Black 8墨水粘度增加,表面张力降低,这有利于在打印过程中形成完整且稳定的喷墨液滴。此外,将这些溶剂引入染料溶液中可以有效地分解Reactive Black 8的团簇。当Reactive Black 8溶液中使用5mol/L二甘醇或乙二醇时,可以形成完整而稳定的墨滴,并且扩散墨滴在织物上的面积明显减少,从而可以在棉织物上产生清晰、高分辨率的图案。研究团队对油墨的化学和物理特性进行了表征,并评估了它们在棉织物上的印刷性能。还研究了染料分子与有机溶剂相互作用的机理。这项工作的结果可能会促进喷墨打印技术的广泛发展,并扩大其在高性能纺织品中的应用。

  • ▲ 墨水粘度和表面张力对液滴形成的研究

    在纺织品喷墨打印中,了解活性染料墨水的粘度和表面张力对液滴形成的影响具有重要意义。作为一种有机环保溶剂,分子量为-400g/mol(PEG400)的聚乙二醇用于制备含有或不含Surfynol 465(S465)的活性染料墨水,分别解释粘度和表面张力如何影响液滴的形成。活性染料墨水。通过测量可见光吸收光谱、流体动力学半径、粘度和表面张力来研究油墨中的分子间相互作用和油墨的物理性质。通过使用高速相机拍照观察在粘度或表面张力的单一变量影响下的液滴形成。结果表明,高墨水粘度条件不会产生卫星液滴形成和较慢的液滴速度,较高的表面张力往往会导致喷嘴尖端和液滴的韧带断裂。此外,使用浓度为30% PEG400的PEG-S465染料墨水印刷的斜纹棉织物显示出更高的墨水渗透性、染料固色率、理想的色强度和摩擦牢度。

  • ▲ 织物喷墨印花(棉织物)

    纺织品数码喷墨打印具有高效、灵活生产等巨大优势,但由于大量使用染料和化学品而导致严重环境问题的风险等挑战仍然值得关注。针对这一问题,“使用活性染料@共聚物纳米球对棉织物进行绿色高效喷墨打印”的研究,通过将CI Reactive Red 218染料(RR218)吸附到阳离子聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-乙烯基苄基三甲基氯化铵)(PSBV)纳米球上,制备了一种新型的活性染料@共聚物纳米球并应用于在机织棉织物上进行喷墨印刷。结果表明,制备的RR218@PSBV纳米球尺寸均匀,油墨制备稳定性好。与原RR218溶液相比,色深为RR218@PSBV印花织物增加了1.4倍,印花废水中的染料残留量减少了约45%。同时,传统喷墨打印中碳酸钠和尿素的消耗量分别降低了约3.3和22.8mg/cm 2,打印过程简化,节能30%。此外,通过基于Kubelka-Munk函数计算吸收和散射系数揭示了纳米球增强颜色的机制。这项工作提供了染料@聚合物纳米球的潜在应用,以促进纺织品喷墨打印技术的优化并减轻传统纺织品着色对环境的影响。(2020)

  • ▲ 织物喷墨印花

    棉织物由于其舒适性、可再生性、良好的染色性、可生物降解性和相对较低的成本,已被广泛用作喷墨印花的基材来制造传统服装以及新兴的电子纺织品。在“墨滴扩散聚结对印花棉织物图像质量的影响”的研究中,研究了墨滴在棉织物上的扩散和聚结以及它们对图像质量的影响。选择活性橙13染料作为着色剂,便于观察墨滴的沉积形态。通过高速摄像机观察墨滴对棉纤维的冲击和润湿过程。通过显微镜观察墨滴的沉积形态、墨滴的聚结结构和不同墨滴间距印刷的图案。结果表明,墨滴稳定地沉积在棉织物上,润湿后形成长条状图案。这表明棉织物上的喷墨打印(MicroFab)图案应该由“线段”而不是圆点组成。由于墨滴过多积聚在棉纤维的间隙上,小墨滴间距印刷的图案边缘出现渗色现象。墨滴不能以大墨滴间距聚结,导致印刷图案不连续。理想的图案以中等墨滴间距打印,在本实验中为20µm。由于墨滴过多积聚在棉纤维的间隙上,小墨滴间距印刷的图案边缘出现渗色现象。墨滴不能以大墨滴间距聚结,导致印刷图案不连续。理想的图案以中等墨滴间距打印,在本实验中为20µm。由于墨滴过多积聚在棉纤维的间隙上,小墨滴间距印刷的图案边缘出现渗色现象。墨滴不能以大墨滴间距聚结,导致印刷图案不连续。理想的图案以中等墨滴间距打印,在本实验中为20µm。(2020)

  • ▲ 织物喷墨印花

    织物喷墨印花是纺织行业清洁生产的关键技术。活性染料和有机溶剂是喷墨印刷油墨的重要组成部分。活性染料的结构、疏水性和聚集度影响有机溶剂的量和墨滴在织物上的扩散,这对于减少有机溶剂用量和在织物上获得高质量的喷墨打印图像至关重要。在“染料疏水性对织物喷墨印花清洁度和分辨率影响的探讨”的研究中,采用两种不同结构的红色活性染料(活性红218染料和活性红24:1)制备活性染料溶液,随后通过研究表面张力、流变特性、可见吸收光谱和液滴等方法对其进行了探索。形成并观察棉织物上的铺展行为。首次,研究了染料疏水性对有机溶剂用量和喷墨(MicroFab)图像分辨率的影响。结果表明,活性红218染料具有更强的疏水性和更紧密的聚集。通过DEG和染料分子之间的疏水相互作用,活性红218簇更容易分解成染料单体,而活性红24:1簇则分解成小簇。活性红218溶液液滴更稳定,可以减少卫星液滴对空气的污染。基于以上原因,疏水性较强的染料溶液所需的有机溶剂较少,在织物上的液滴扩散面积较小(代表较高的印花分辨率)。

  • ▲ 织物喷墨印花(羊毛面料)

    数码喷墨印刷高档毛纺织品符合趋势,但减少毛鳞对毛鳞片的影响等挑战打印质量还是值得关注的。在“毛织物活性染料数码喷墨印花着色增强的环保预处理”的研究中将一种新的环保方法应用于羊毛喷墨印刷预处理不产生任何有害物质。采用H2O2和木瓜蛋白酶对羊毛进行预处理织物喷墨前印刷(MicroFab)过程。处理后的润湿性和zeta电位织物明显改善。此外,傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱证明了H2O2和木瓜蛋白酶的协同作用,其中H2O2氧化羊毛为木瓜蛋白酶水解羊毛肽提供了更多位点。协同预处理产生额外的活性染料固定位点。结果,处理后的羊毛获得了更高的色强度,大大超过了未经处理的羊毛,并且整个过程中没有有害物质的排放。该工作为减少有害物质排放、提高染料溶液利用率、实现清洁生产提供了一个有前景的方向。

  • ▲ 织物喷墨印花(棉织物)

    电子和传统纺织品已通过喷墨打印广泛制造。然而,纳升级墨滴往往会沿纤维方向过度扩散,从而导致图像质量差和墨水利用率低。在“控制纳升级液滴在织物纤维上的扩散以提高图像质量和墨水利用率”的研究中,引入羟乙基纤维素(HEC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)来控制纳升级液滴在棉织物上的扩散。结果表明,HEC和HPMC都可以通过增加织物的疏水性来减少纳升液滴沿纤维的扩散。然而,HPMC的效果比HEC的效果要好得多,因为它具有较高的表面活性。沿纤维的纳升液滴流动与沃什伯恩函数非常一致。HPMC处理后,一个液滴的沉积长度从超过200μm减少到约50μm。成像质量大大提高。此外,由于染料溶液向织物背面的扩散减少,染料利用率增加了33-78%。本研究对于提高喷墨打印质量和沉积材料特别是昂贵材料的利用率具有重要意义。

  • ▲ 织物喷墨印花

    数码喷墨印花技术在纺织品印花中发挥着越来越重要的作用。活性染料油墨的印花适印性是提高印花织物质量的关键。在“二甘醇对棉织物活性染料溶液喷墨印刷适性的影响”的研究中,相关研究团队提出了一种环保且简单的方法来提高活性染料溶液的喷墨印刷适性。研究了二甘醇对三种活性染料溶液的表面张力、流变学和染料分子聚集性能的影响。通过观察液滴形成来探索染料溶液的喷射性能。此外,还评估了印花棉织物的颜色性能,包括活性染料溶液的渗透、比色值和颜色强度。添加二甘醇可以通过疏水力和氢键改变染料分子的聚集。二甘醇通过改变溶液的粘度和表面张力来抑制卫星液滴的形成,使印在棉织物上的图案呈现出规则的边缘锐度。此外,含有10% DEG的染料溶液不仅满足活性染料油墨的各种性能,而且具有最高的色强度和最深、最亮的颜色。

  • ▲ 织物曲面打印

    曲面打印设备以Inkjet技术为基础,配合半导体级别精度Linear stage直线电机运动平台、光学CCD观测及分析系统和电气控制系统,具备底板对位和打印分析功能。用于喷墨打印实现曲面打印合成实验平台,实现通过该平台进行基于喷墨打印工艺的高精度曲面打印。适用于各种材料、各种复杂形状表面的喷墨打印需求。

  • ▲ 按需喷墨喷墨动力学研究

    滴点式(DOD)喷墨打印的新兴应用,如印刷电子和生物打印,正导致具有复杂化学和流变特性的各种功能油墨的不断发展,特别是粘弹性聚合物。以理想的速度和体积以及良好的可靠性形成液滴对成功的印刷至关重要。压电式喷墨技术,在不同激励波形参数下,可以用来研究粘弹性油墨DOD喷墨打印过程中液滴形成的动力学和性能。相关研究团队根据四种不同的液滴形成机制,即无液滴形成、单个液滴、一个卫星液滴和多个卫星液滴。提出了一种与过程动力学相关的无因次数方法来构建液滴形成过程的工作相图,量化液滴形成过程的过渡。系统地研究了双极波形参数对液滴形成的影响,包括液滴速度和液滴直径。此外,导电微线和微图案的印刷是在形成良好的液滴下精确控制的。为全面了解粘弹性油墨按需喷墨打印过程中的液滴生成动力学提供依据,以指导生成理想的功能油墨液滴,提高喷墨打印器件的性能和功能。

  • ▲ 流体物理性质对喷墨打印适性的影响研究

    喷墨打印是一种无需掩膜直接图案化和制造图案的方法。 为此,用作墨水的流体必须具备稳定、准确地喷墨打印的能力。 相关研究团队通过监测液滴形成动力学研究了喷墨打印适性和物理流体特性之间的相互关系。使用与流体的粘度、表面张力和密度相关的Ohnesorge数(Oh) 的倒数(Z)确定流体的可打印性。他们通过考虑单液滴成型性、位置精度和最大允许喷射频率等特性,通过实验将可打印范围定义为4≤Z≤14。

  • ▲ 3D打印微型冰结构

    卡内基梅隆大学的研究人员开发了一种3D打印微型冰结构的方法,该方法可用作牺牲模板,在其他部分形成复杂的通道。这种“由内而外”的3D打印过程涉及将水滴喷射到定制平台上,在 -31°F 的温度下着陆时能够将其冻结。然后可以将这些光滑、无支撑的冰雕浸泡在树脂中并固化,以将它们融化,留下具有复杂内部通道的零件。该技术未来可广泛用于先进制造业和生物医学工程。(上图为:自由形态的冰打印(3D-ICE)。A) 定制的3D打印系统及其主要部件,包括冷却系统、运动台、压电喷嘴。B) 压电喷墨喷头(MicroFab,直径=50微米)用于将水滴喷射到保持在-35°C的冷构建平台上。构建平台的平面(X-Y)运动与水滴排放同步进行,以打印复杂的冰的几何形状)(2022)

  • ▲ 3D打印微型冰结构

    北京大学李志宏教授课题组在“Inkjet printing-based fabrication of microscale 3D ice structures”的研究中,提出了一种无支撑材料制备冰的三维微结构的方法。为了精确控制冰晶的生长方向,在低湿度环境下进行喷墨打印(MicroFab)。在打印过程中,水滴(体积=数百皮升)沉积在先前形成的冰结构上,然后它们立即冻结。通过控制衬底温度、喷射频率和液滴尺寸,可以形成不同的三维结构(最大高度为2000 µm)。生长方向取决于液滴在先前形成的冰结构上的着陆点。因此,可以创建具有高度自由度的三维结构。该研究方案在未来有可能应用于生物微流控设备中,如药物混合和输送系统。(2020)

  • ▲ 精密模具/零部件3D打印

    3D打印又称“增材制造”,是一类制造技术的总称,从内涵至外延包含了广泛的原材料应用和增材工艺方法。

  • ▲ 粘合剂喷射增材制造试验台

    粘合剂喷射增材制造(BJAM)能够使用各种材料类别制造复杂的三维组件。了解BJAM的基本原理,包括粉末薄层的扩散、粉末与粘合剂的相互作用以及后处理,对于为BJAM开发稳健的工艺参数至关重要。为了满足这些需求,在麻省理工学院“用于工艺探索和材料开发的实验室规模粘合剂喷射增材制造试验台”的研究中介绍了模块化、机械化、BJAM试验台的设计、制造和鉴定。该测试台旨在复制商用增材制造设备的操作条件,并具有完全可编程的运动控制功能,包括使用精密滚轮机构进行粉末扩散、通过振动料斗供应粉末以及喷墨打印头的龙门定位。喷墨沉积系统(MicroFab)允许使用可变喷嘴直径、探索新型粘合剂组合物以及完全控制喷射参数。描述了对机器及其子系统的准确性和可重复性的验证,以及示例性不锈钢部件的制造。因此,精密设计的试验台可以研究BJAM工艺、探索新型粘合剂组合物和加工定制粉末,以进一步研究BJAM的科学研究和工业应用。(2021)

  • ▲ 三维(3D)粘合剂喷射打印

    在三维 (3D) 粘合剂喷射打印(粉末床上的喷墨打印)中,毛细管驱动的墨水渗透通过多孔粉末床控制打印分辨率和所得物体的打印“绿色”强度。然而,对控制渗透动力学的因素的充分理解仍然不完整。在“使用时间分辨X射线成像探测3D粘合剂喷射打印过程中的墨粉相互作用”的研究中,高分辨率原位同步辐射成像提供了乙二醇水溶液穿透多孔氧化铝粉末床的时间分辨成像,用作模型系统。使用静态按需喷墨打印机(MJ-AT-01-60-8MX,MicroFab)将液滴分配到粉末表面上。使用金刚石同步加速器中的快速同步加速器 X 射线照相术跟踪液体前沿的随后迁移及其与粉末颗粒的相互作用,并以 500 Hz 的帧速率进行相位对比成像。图像处理和分析表明,润湿区域的时间相关增量和“界面前沿”的传播在时域和空间域都表现出异质行为。然而,平均渗透动力学显示与现有的渗透模型一致,该模型基于修改后的 Washburn 方程来解释液滴在粉末表面上的扩散,并使用修改后的床孔隙率项。(2020)

  • ▲ 超真实印刷

    MicroFab研发的阵列式按需液滴压电喷墨打印头技术,将120个独立通道的线阵列被制作成不到一英寸(170μm间距),可用于高速且效果逼真的打印。作为打印头技术开发工作的一部分,MicroFab公司研发了动态调节滴墨量的技术,在打印的光斑区域中可达到4:1的调制范围,得到的打印质量如上图所示。