青岛理工：电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术

透明电加热玻璃是利用透明导电材料通电后的焦耳效应而发热的一种电加热玻璃，在汽车、飞机、船舶、建筑、显示、国防军事领域的除雾、除霜和除冰等方面有着非常广泛和重要的应用。但是，当前无论是学术界还是产业界，透明电加热玻璃面临的一个共同挑战性难题是如何实现高综合性能透明电加热玻璃的低成本批量化制造。

青岛理工大学山东省增材制造工程技术研究中心兰红波教授团队创新性地提出将自主研发的电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术与UV辅助微转印方法巧妙复合，在玻璃基材上实现了具有高光电性能、高附着力以及较好的环境适应性的透明金属网格制造。而高综合性能的金属网格归因于采用导电性能优异的厚膜金属浆料制造的高分辨率、大高宽比金属网格结构。

相关成果于2019年6月24日在线发表于国际顶尖期刊《Advanced Materials》，朱晓阳博士与许权硕士为共同第一作者，朱晓阳博士和兰红波教授为共同通讯作者。该工艺充分结合了电场驱动喷射沉积微纳3D打印可大面积、低成本打印大高宽比微尺度模具及UV辅助微转印可成功转印大高宽比微结构的突出优势。

论文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902479

微纳尺度3D打印是增材制造的前沿技术和研究热点，然而，由于微纳尺度3D打印技术难度大且门槛高，目前基本上被德国、美国等少数国家所垄断，属于当前我国亟待突破的卡脖子难题。

青岛理工大学山东省增材制造工程技术研究中心兰红波教授团队长期致力于微纳尺度3D打印的研究。近年来，提出并建立了一种原创性的微纳增材制造技术—电场驱动喷射沉积微纳3D打印，研制出国内首台具有完全自主知识产权的微纳3D打印机。电场驱动喷射沉积微纳3D打印作为一种全新的微纳3D打印技术，在透明电极、血管支架、组织支架、微光学透镜、柔性电子、纸基电子、大面积微模具等诸多领域展现出了巨大的应用前景。

图 1.a) TGH 制造过程的示意图。第 1 步:PMMA 模具采用 EFD 微尺度3D 打印技术制造,PDMS 模具从 PMMA 模具中复制。第2步:银膏被刮掉,用于填充PDMS模具,然后固化。第 3 步:PDMS 模具印在玻璃基板上,上面覆盖着液体光阻器。然后,它通过紫外线固化,并通过PDMS的脱模将其转移到玻璃基板上。第4步:光刻胶和聚合物在银膏中分解,然后烧结。b) PMMA 条纹图案模具的 SEM 图像。c) 从 PMMA 模具复制的带条纹图案的凹面 PDMS 模具的 SEM 图像。d) 填充银膏的凹面 PDMS 模具的 SEM 图像。e) 从 PDMS 模具中传输的带条纹图案的玻璃基板上的固化银膏和光刻胶的 SEM 图像。f) (e) 部分放大的 SEM 图像g)(f) 的 SEM 侧视图。

图 2.银色网格的 SEM 图像。

图 3.银网光电特性。

图 4.银网的加热和机械特性。

图 5.A TGH 除冰试验(玻璃基板面积:100 mm × 100 mm,厚度:5 mm,银网格面积:60 mm × 70 mm,间距:1000 μm,宽度:15 μm,AR: 0.7)。

综上，该团队开发了一种使用EFD微尺度3D打印PMMA模具和UV辅助微转移厚膜银膏来生产高性能TGHs的廉价新技术。TGHs 具有卓越的光电性能,T 为 93.9%,H 值小于1%,R 值为 0.21 Ω 平方±1。此外,通过监测温度分布和时间响应,该TGH设计证明具有均匀、稳定的加热性能。它还表现出显著的化学和机械稳定性,90天后在大气环境中的Rs增加微不足道。这包括恶劣的环境,例如 100°C 处的长期超声波振动。此外,银网和玻璃基板之间的附着力足够强,在100次粘附实验后,R几乎保持不变。此外,通过成功的除冰试验,证明了所提议的TGH的实际可行性。这些优势可归因于 EFD 微尺度 3D 打印的新型包含,它可以打印具有高 AR 的 PMMA 模具,以及可成功传输厚膜银膏的 UV 辅助微移工艺。由此产生的TGH提供了前所未有的性能。因此,本文提出的制造方法为生产低成本、高性能的TGHs提供了一个有前途的策略。