Morphologiesimulation eines Tropfens

npj Flexible Electronics Band 6, Artikelnummer: 64 (2022) Diesen Artikel zitieren

1261 Zugriffe

3 Zitate

Details zu den Metriken

Tintenstrahlgedruckte Elektronik ist in den letzten Jahren zu einem beliebten Forschungsthema geworden. Bei der gängigen Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucktechnologie (DOD) sind unebene Kanten ein allgemeines Problem. Viele Faktoren, wie zum Beispiel die Eigenschaften der Tinte und Druckparameter, beeinflussen dieses Problem und numerische Methoden sind für die Untersuchung dieser Einflüsse besser als experimentelle Methoden. In diesem Artikel wird ein Modell basierend auf der Volume of Fluid (VOF)-Methode und benutzerdefinierten Dateien (UDFs) in Ansys F erstellt, um den Entstehungsprozess abgelagerter Tintentröpfchen zu simulieren. Das Modell und die UDFs umfassen den Reibungseffekt und die Morphologie eines einzelnen Tröpfchens, zweier verschmolzener Tröpfchen und mehrerer Tröpfchen wird simuliert, um den Einfluss verschiedener Faktoren zu untersuchen; Einige Ergebnisse können als Richtlinien zur Verbesserung der Musterqualität dienen. Schließlich wird auch die Wirkung der selektiven Behandlung untersucht, um deren Vorteile für den Tintenstrahldruck zu verstehen.

Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sind Flexibilität und Tragbarkeit zu wichtigen Merkmalen für elektronische Produkte1,2,3 geworden, wie z. B. flexible Displays4,5, Solarzellen6,7, RFID-Systeme8,9,10 und tragbare Sensoren für das Gesundheitswesen11,12 ,13. Drucktechnologien zum Drucken von Elektronik, wie Siebdruck14,15, Tintenstrahldruck16,17 und Transferdruck18,19,20, wurden aufgrund ihrer geringen Kosten und großen Flächen21 umfassend entwickelt und untersucht. Der Tintenstrahldruck als ausgereifte digital gesteuerte Technologie verfügt über Merkmale des kontaktlosen Druckens22 und der Musterdesignbarkeit23 und wird häufig zum Drucken von leitfähigen24,25,26, halbleitenden27,28 und dielektrischen29,30 Materialien verwendet. Bei Tintenstrahldrucktechnologien verschwenden kontinuierliche Tintenstrahldrucker immer Tinte31, und fortschrittliche Tintenstrahldrucker wie solche mit Aerosolstrahlen32 und elektrohydrodynamischen Strahlen33 sind auf kleine, verfeinerte Muster spezialisiert. In Anbetracht des Druckumfangs, der Effizienz und der Kosten eignet sich ein herkömmlicher Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucker (DOD) sehr gut für gedruckte Elektronik34. Es gibt jedoch auch mehrere Probleme im Zusammenhang mit der Herstellung von Mustern durch einen DOD-Tintenstrahl. Einzelne Tröpfchen können nicht genau entlang der Abschrägungskonturen angeordnet werden und unebene Kanten führen zu anisotropen Mustern und anderen potenziellen Problemen35. Es gibt auch einen Konflikt zwischen Druckbarkeit und Musterauflösung; Ein relativ geringer Kontaktwinkel verbessert die Druckbarkeit der Tinte, eine größere Tröpfchenfläche beeinträchtigt jedoch die Musterauflösung36,37.

Die oben genannten Probleme haben den breiten Einsatz von Tintenstrahldruckelektronik eingeschränkt. Darüber hinaus beeinflussen auch die physikalischen Eigenschaften der Tinte wie Viskosität und Oberflächenspannung die Musterbildung38. Für ein bestimmtes funktionelles Material kommen viele Arten von Lösungsmitteln in Betracht, und die Auswahl des Lösungsmittels ist ein wichtiger Punkt. Um die oben genannten Probleme zu lösen, sollten die Morphologiebildungsregeln von Tröpfchen systematisch untersucht werden, und numerische Simulation ist eine geeignete Methode zur Erforschung dieses Themas.

Mehrere Forscher haben numerische Simulationen von Tintenstrahltechnologien durchgeführt. Stringer und Derby untersuchten die Ablagerung und Bildung mehrerer Tröpfchen durch theoretische Analyse experimenteller Daten und fanden heraus, dass es maximale und minimale Werte für den Tropfenabstand gibt, um das Drucken stabiler Linien zu ermöglichen39, sie änderten jedoch weder das Lösungsmittel noch die Druckfrequenz. Lee et al. untersuchten numerisch die Tröpfchenaufprall- und Koaleszenzdynamik mit der Sharp-Interface-Level-Set-Methode40 und zeigten, dass fortschreitende und zurückgehende Kontaktwinkel in diesem Prozess eine wichtige Rolle spielen. Zhang et al. simulierten die Morphologie einer Linie aus mehreren abgelagerten Tröpfchen mit einem Gitter-Boltzmann-Modell41. Sie erhielten alle Arten von gedruckten Linien, untersuchten jedoch nicht den Einfluss der Druckfrequenz. Aus bestehenden Studien geht hervor, dass sowohl Eigenschaften der Tinte (Aufprallgeschwindigkeit, Oberflächenspannung, Viskosität) als auch Druckparameter (Tropfenabstand) einen Einfluss auf gedruckte Muster haben, diese Studien jedoch immer nur einen Teil der Faktoren im Druckprozess untersuchen, hier ein Überblick Frage ist immer noch nicht klar. Daher versuchen wir in dieser Studie den Einfluss von Tinteneigenschaften und Druckparametern systematisch zu untersuchen und geben mehrere Richtlinien für die Herstellung tintenstrahlgedruckter Elektronik an.

Um zuverlässige Simulationsergebnisse zu erzielen, ist ein geeignetes Modell erforderlich. Numerische Studien zum Aufprall eines oder mehrerer Tröpfchen auf eine feste Oberfläche wurden von vielen Forschern durchgeführt42,43,44,45. In diesen Studien ist die VOF-Methode das beliebteste Mehrphasenmodell, da sie eine bequeme Möglichkeit darstellt, den Anfangszustand von Tröpfchen zu definieren und Grenzflächen zu konstruieren46. Die grundlegende VOF-Methode verwendet den statischen Kontaktwinkel für Randbedingungen; Aufgrund der Reibung zwischen der Flüssigkeit und der festen Oberfläche ist der Kontaktwinkel in der realen Welt jedoch kein einzelner Wert47. Der maximale Wert des quasistatischen Kontaktwinkels ist der fortschreitende Kontaktwinkel (θadv), der minimale Wert ist der zurückgehende Kontaktwinkel (θrec) und die Differenz zwischen θadv und θrec ist die Kontaktwinkelhysterese (CAH)48. Diese Parameter beeinflussen offensichtlich die Morphologie winziger Tröpfchen und sollten im Simulationsmodell berücksichtigt werden.

Mit Hilfe benutzerdefinierter Dateien (UDFs) können Forscher variable Kontaktwinkel als Randbedingungen anwenden. In früheren Studien war die Hoffman-Funktion die vielversprechendste Formel für den dynamischen Kontaktwinkel, die von Kilster49 aus Hoffmans Experimenten50 wie folgt zusammengefasst wird:

Dabei ist θd der dynamische Kontaktwinkel, θs der statische Kontaktwinkel und Ca die Kapillarzahl, eine dimensionslose Zahl gleich vcontline·η/γ49. In vielen Studien wird die Hoffman-Funktion in UDFs zur Berechnung von θd verwendet, das dann als Randbedingung verwendet wird51. θd wird aus der empirischen Gleichung basierend auf den beobachteten Ergebnissen berechnet; Der durch die Randbedingung in der Simulation festgelegte Kontaktwinkel ähnelt jedoch einem Wechselwirkungsparameter zwischen einer Flüssigkeit und einer festen Oberfläche. Ein rationales Modell sollte Ergebnisse liefern, die mit experimentellen Daten übereinstimmen; Daher sollte die Hoffman-Funktion eher ein Kriterium als eine Randbedingung sein.

Aus den oben genannten Gründen erstellt dieser Artikel ein Modell für die Morphologiesimulation von Tröpfchen, das CAH-UDFs basierend auf einer Kraftanalyse an der Kontaktlinie verwendet, und erörtert die Rationalität von Modellen mit CAH-UDFs, mit Hoff-UDFs oder ohne UDFs. Anschließend werden einzelne und mehrere Tröpfchen simuliert, um den Einfluss verschiedener Faktoren zu untersuchen. Schließlich werden einige Prinzipien zur Verbesserung der Druckqualität vorgeschlagen.

Geometrie und Netze werden mit der ICEM-Software erstellt. Wie Abb. 1a zeigt, ist der Rechenbereich ein Quader, der durch hexaedrische Netze unterteilt ist, und jedes Netz hat Abmessungen im Maßstab 1 µm × 1 µm × 1 µm.

a Geometrie des Rechenbereichs und der Netze. b Abgelagerte Tropfen und Definition des kugelförmigen Tropfens. a Ist eine Übersicht über den Rechenbereich und die aus ICEM gezogenen Netze. Es handelt sich um einen Quader, der durch hexaedrische Netze unterteilt ist, und jedes Netz hat Abmessungen im Maßstab 1 µm × 1 µm × 1 µm. Jede Seite des Quaders wird entsprechend benannt, um in Fluent als unterschiedliche Arten von Grenzen definiert zu werden. b stammt aus Fluent und zeigt die abgelagerten Tröpfchen und den neu definierten Tröpfchenbereich auf Luft mit einer Anfangsgeschwindigkeit.

Mehrphasen wird durch die VOF-Methode beschrieben, die den Volumenanteil (Farbfunktion) einer der Flüssigkeiten in jeder Zelle definiert. Die folgenden Erhaltungsgleichungen werden im Rechenbereich gelöst:

Dabei ist ρ die Dichte, u der Geschwindigkeitsvektor, t die Zeit, p der Druck, μ die dynamische Viskosität, D die Verformungsrate, Fst die Körperkraft und g die Schwerkraft46.

In dieser Studie ist die erste Phase Luft und die zweite Phase Tinte. Der Viskositätstyp ist laminar. Die Gravitationsbeschleunigung beträgt −9,81 m s−2 entlang der z-Richtung. Die Parameter der Tintentröpfchen werden wie in Tabelle 1 gezeigt eingestellt und entsprechen den realen Bedingungen.

Die Tröpfchen werden durch Ausbessern eines kugelförmigen Bereichs erzeugt, der mit einer zweiten Phase und einer Anfangsgeschwindigkeit entlang der z-Richtung gefüllt ist, wie in Abb. 1b dargestellt. Die gepatchten Bereiche bestimmen den Tropfenabstand und die Intervallzeit zwischen den Tropfen bestimmt die Druckfrequenz.

Der CAH kann durch den Reibungseffekt aus Wangs Studie52 erklärt werden. Wie Abb. 2a zeigt, wird der Young-Gleichung ein Reibungsspannungsterm f hinzugefügt, und der Wert ist positiv, wenn f und γSL die gleiche Richtung haben. Es wird angenommen, dass der Maximalwert von f fmax und f ∈ [−fmax,fmax] ist, ähnlich der statischen Reibungskraft. Einige Beziehungen können wie folgt erhalten werden:

a Schematische Darstellung der Reibungsspannung und der Kontaktwinkelhysterese. b Der Gradient der VOF-Funktion aus verschiedenen Ansichten. c Struktur des CAH UDF. a Zeigt den Zusammenhang zwischen Reibungseffekt und Kontaktwinkelhysterese, die roten Pfeile stellen die Reibungsspannung dar. b Zeigt die VOF-Gradienten auf der Oberfläche der Tintenflüssigkeit, die linke Abbildung ist die vertikale Ansicht und die rechte Abbildung ist die seitliche Ansicht.

Daraus kann geschlossen werden, dass cos θs der Durchschnitt von cos θadv und cos θrec ist, und experimentelle Daten unterstützen diese Beziehung ebenfalls52,53. Diese Beziehung reicht jedoch nicht aus, um einem bestimmten Wert von cos θadv und cos θrec zu entsprechen.

Durch die Kombination der experimentellen Daten und der theoretischen Analyse von Cheng54 wird angenommen, dass für den Kontaktwinkel von Tintentröpfchen (20–50°) CAH linear mit θs zusammenhängt:

Die kinetische Reibungskraft ähnelt der maximalen Haftreibungskraft; Ebenso beträgt der Reibungseffekt fmax für eine Kontaktlinie, die sich vorwärts bewegt, und −fmax für eine Kontaktlinie, die sich rückwärts bewegt.

Zunächst werden θadv und θrec berechnet. Dann wird die folgende Formel definiert:

In dieser Studie beträgt a 0,5 und b –5 (in Grad), basierend auf den experimentellen Daten der Ra0,1-Oberfläche53. Der Nullpunkt dieser Formel, x0, kann mit der Halbierungsmethode ermittelt werden, und die UDFs θadv und θrec sind wie folgt definiert:

Zweitens wird die Bewegungsrichtung (vorwärts oder rückwärts) der Kontaktlinien und θd definiert. Zur Ableitung der Parameter ist der VOF-Funktionsgradient (gVOF) jeder Zelle im Rechenbereich erforderlich. Hier verwenden wir ausgereiften Code, um die gVOF-Werte von drei Koordinatenrichtungen (gVOF,x, gVOF,y und gVOF,z) zu erhalten55. Anschließend werden einige Parameter definiert:

UDMIi sind benutzerdefinierte Parameter, die in benutzerdefinierten Speicherbereichen für jede Zelle gespeichert und gelesen werden können und in jedem Berechnungszeitschritt erneuert werden. Hier weisen nur Zellen an der Grenzfläche von Luft und Tinte nützliche UDMIi-Werte auf. Wie Abb. 2b zeigt, ist gVOF senkrecht zur Grenzfläche, die Kontaktlinie bewegt sich nur entlang der x-y-Ebene und der Einheitsnormalenvektor der Kontaktlinie ist

In FLUENT kann die Geschwindigkeit einer Flüssigkeitsphase (Tinte) v direkt abgelesen werden, und ihre Geschwindigkeit entlang der Normalenrichtung beträgt

Wenn vcontline > 0, bewegt sich dieses Stück Kontaktlinie vorwärts, und wenn vcontline < 0, bewegt sich die Kontaktlinie rückwärts. Dann wird der dynamische Kontaktwinkel θd berechnet durch

Die Kräfte an der Kontaktlinie spiegeln sich, wie diskutiert, direkt in quasistatischen Fällen wider. Folglich lautet die Randbedingung für Kontaktlinien, die sich vorwärts bewegen, θadv, und für Kontaktlinien, die sich rückwärts bewegen, ist die Randbedingung θrec. Wenn sich die Kontaktlinie nicht bewegt, sich aber bewegen kann, wird θd benötigt. Wenn θd > θadv, sollte sich die Kontaktlinie vorwärts bewegen und die Randbedingung ist θadv. Wenn θd < θrec gilt, lautet die Randbedingung ebenfalls θrec. Wenn θrec ≤ θd ≤ θadv, wird die Kraft an der Kontaktlinie benetzt und behält ihren quasistatischen Zustand bei, und die Randbedingung ist θd. Der Rahmen der UDF ist in Abb. 2c dargestellt. Die UDF funktioniert in jeder Zelle und wird bei jedem Zeitschritt erneuert.

Um die Übereinstimmung zwischen der Hoffman-Funktion verschiedener Modelle und experimentellen Daten zu vergleichen, sollten θd und vcontline aus Simulationsergebnissen abgeleitet werden. θd wird direkt aus dem Profilbild geschätzt und vcontline wird als UDMIi berechnet und aus den Ergebnissen abgelesen. Neben vcontline bestimmt das Verhältnis von Oberflächenspannung und Viskosität γ/η die Kapillarzahl Ca. Die simulierten Ergebnisse und Kurven der Hoffman-Funktion mit unterschiedlichen γ/η- und θs = 30°-Werten sind in Abb. 3a–c dargestellt. Für Fälle ohne UDFs und mit dem in dieser Studie vorgestellten CAH-UDF stimmen die simulierten Punkte gut mit den Kurven der Hoffman-Funktion überein. Im Gegensatz dazu haben die simulierten Punkte in Fällen mit der Hoff-UDF einen höheren θd als der theoretische Wert. Diese Ergebnisse zeigen, dass die grundlegende VOF-Methode in FLUENT in der Lage ist, die Hoffman-Funktion zu reproduzieren. In Fällen mit der CAH-UDF unterscheidet sich die angewandte Randbedingung nicht zu sehr von 30°, um offensichtliche Unterschiede zu verursachen, wenn Ca dominiert. In Fällen mit Hoff UDF liegt die angewandte Randbedingung viel höher als 30°, sodass die simulierten Punkte viel höhere θd-Werte aufweisen. Abbildung 4d zeigt den Durchmesser eines einzelnen Tropfens in verschiedenen Fällen. Da die Hoff-UDF einen größeren Reibungseffekt an der Kontaktlinie ausübt, bewegt sich die Kontaktlinie langsamer und der Durchmesser ist kleiner als in den beiden anderen Fällen.

a Simulierte Ergebnisse von Fällen ohne UDFs. b Simulierte Ergebnisse von Fällen mit dem CAH UDF. c Simulierte Ergebnisse von Fällen mit dem Hoff UDF. d Simulierter zeitabhängiger Durchmesser verschiedener Fälle. e Vergleich des simulierten Tropfens und des echten Tropfens in Lit. 56. a–c Zeigt die Beziehung zwischen dem abgeleiteten simulierten dynamischen Kontaktwinkel und der Bewegungsgeschwindigkeit der Kontaktlinie. Diese Zahlen zeigen, dass die Ergebnisse von Fällen ohne UDFs und Fällen mit CAH-UDF mit der Hoffman-Funktion übereinstimmen. In e besteht jedes Bild aus Fotos von Ref. 56 (linker Teil) und simulierte Form aus dem Gehäuse mit CAH UDF (rechter Teil).

a Simulierte Zwei-Tröpfchen-Fusionsmorphologie von Fällen ohne UDF und mit CAH-UDF. b Simulierte Zwei-Tröpfchen-Fusionsmorphologie von Fällen mit unterschiedlichen Dichten und Aufprallgeschwindigkeiten. c Simulierte Zwei-Tröpfchen-Fusionsmorphologie von Fällen mit unterschiedlichen Oberflächenspannungen und Viskositäten. Alle Bilder sind Draufsichten der simulierten Zwei-Tröpfchen-Fusionsmorphologie. a Zeigt den Unterschied zwischen Fällen ohne UDFs und mit CAH UDF. b Die Ergebnisse zeigen, dass der Einfluss der Aufprallgeschwindigkeit und -dichte hauptsächlich im frühen Stadium (<0,05 s) wirkte und im gesamten Druckprozess vernachlässigt werden kann. c Zeigt, dass derselbe Wert der Oberflächenspannung/Viskosität der Hauptfaktor ist, der die simulierte Morphologie zu verschiedenen Zeiten bestimmt.

Weitere Simulationen werden durchgeführt, um die Funktion des CAH UDF zu überprüfen. Die Simulation stammt aus Lit. 56 beträgt der Durchmesser des Wassertropfens 2,5 µm, die Aufprallgeschwindigkeit beträgt 0,16 m s−1, θadv beträgt 120° und θrec beträgt 65°. Abbildung 3e zeigt die Ergebnisse. Die linke Hälfte jedes Bildes ist ein echtes Foto des Tropfens. Die rechte Hälfte zeigt die mit dem CAH UDF simulierte Morphologie, und alle Ergebnisse stimmen besser mit dem Foto überein als die Ergebnisse in den Referenzen. 56,57, sowohl hinsichtlich der Formen als auch der dynamischen Kontaktwinkel, daher ist die CAH UDF nützlich, um eine relativ genaue Morphologie von Tröpfchen zu erhalten.

Obwohl Fälle ohne UDFs oder mit dem CAH-UDF ein ähnliches Verhalten einzelner Tröpfchen aufweisen, besteht das Ziel dieser Studie darin, den Bildungsprozess mehrerer abgelagerter Tröpfchen zu simulieren. Einige quasistatische Zustände und Kontaktlinien, die sich rückwärts bewegen, werden bei Verwendung unterschiedlicher Modelle unterschiedlich sein. Der Zwei-Tröpfchen-Fusionsprozess wird zum Vergleich von Fällen ohne UDF oder mit CAH-UDF simuliert. Die Ergebnisse sind in Abb. 4a dargestellt. Im Frühstadium bewegen sich die Kontaktlinien vorwärts und vermischen sich zu einem sanften Übergang, und zwei Tröpfchen werden zu einem großen elliptischen Tröpfchen, und die Formen der beiden Fälle sind ähnlich. Wenn die Geschwindigkeit der Kontaktlinie infolge der viskosen Dissipation abnimmt, wird der Effekt des angewendeten θadv im CAH-UDF-Fall wichtig und verlangsamt die Bewegung der Kontaktlinien.

Mit Zwei-Tropfen-Fusionssimulationen kann der Einfluss von Faktoren untersucht werden. Die Aufprallgeschwindigkeit lässt sich in realen Druckprozessen nur schwer messen und steuern58 und hängt mit der kinetischen Energie des Aufpralls zusammen. Daher werden zunächst der Einfluss der Aufprallgeschwindigkeit und der Tröpfchendichte gemeinsam untersucht. Die Aufprallgeschwindigkeit beim Tintenstrahldruck beträgt 3–15 m s−1 59,60. Abbildung 4b zeigt die simulierten Ergebnisse für Tropfen unterschiedlicher Dichte und einer Aufprallgeschwindigkeit von 6 m s−1. In diesen Fällen können nach 0,5 ms keine offensichtlichen Unterschiede festgestellt werden, was darauf hindeutet, dass der Einfluss der Dichte oder der kinetischen Aufprallenergie hauptsächlich zu einem sehr frühen Zeitpunkt nach dem Auftreffen des Tropfens auf der festen Oberfläche besteht. Dies liegt daran, dass das Volumen des Tröpfchens winzig und die Aufprallgeschwindigkeit gering ist und die kinetische Energie durch viskose Dissipation für kurze Zeit erschöpft wird. Kinetische Energie wird keinen langfristigen Einfluss haben. Die gleichen simulierten Ergebnisse im rechten Teil von Abb. 4b zeigen, dass der Impuls die frühe Morphologie des Tröpfchens bestimmt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Dichte und die Aufprallgeschwindigkeit der Tröpfchen keinen wesentlichen Einfluss auf die endgültige simulierte Morphologie haben und in den folgenden Simulationen festgelegt werden können.

In der Einzeltropfensimulation werden γ und η zusammen betrachtet, da γ/η die Form der Kurve der Hoffman-Funktion bestimmt. Bei der Zwei-Tropfen-Simulation werden eine Reihe von Fällen mit unterschiedlichen γ- und η-Werten simuliert und ihre Ergebnisse als γ/η klassifiziert. Abbildung 4c zeigt die Ergebnisse. Fälle mit gleichen Werten weisen eine ähnliche Morphologie auf, sodass der Wert von γ/η auch bei der Zwei-Tropfen-Simulation ein entscheidender Faktor ist. Ein höheres γ/η führt zu einem schnelleren Fusionsprozess. Der Verschmelzungsprozess zweier Tröpfchen ist ebenfalls ein Bewegungsvorgang von Kontaktlinien und sollte im Einklang mit der Hoffman-Funktion erfolgen. Es wird davon ausgegangen, dass die endgültigen statischen Formen in allen Fällen gleich sind, sodass der gleiche Übergangszustand das gleiche θd und Ca aus der Hoffman-Funktion haben sollte. Da Ca = vcontline·η/γ ist, erfordert ein höheres γ/η eine höhere vcontline im gleichen Übergangszustand. Der Fusionsprozess entspricht in Fällen mit höheren γ/η-Werten einem Film des Fusionsprozesses, der mit höherer Geschwindigkeit abläuft.

Allerdings haben echte Tröpfchen nicht genau einen Radius von 10 µm, daher sollte auch die Größe der Tröpfchen berücksichtigt werden. Unter der Annahme, dass der Radius eines realen Tropfens fR = 10 μm beträgt, sollte die zurückgelegte Distanz der Kontaktlinie ebenfalls das fR-fache der im simulierten Fall betragen. Da der dynamische Kontaktwinkel vcontline entspricht, sollte auch die durchschnittliche vcontline von Tröpfchen mit demselben γ/η und θs gleich sein. Infolgedessen ist die Bewegungszeit der Kontaktlinie bei gleichem Anfangs- und Endzustand des Tropfens direkt proportional zu fR. Um diesen Gedanken zu verifizieren, vergrößern Sie gleichzeitig den Tröpfchenradius, den Tropfenabstand, den Rechenbereich und die Netzskala, um dieselbe Netzdatei zu verwenden, wie Abb. 6a zeigt. Die Ergebnisse sind in Abb. 6b dargestellt, in der die Zeit proportional zu fR ist und die Form der verschmolzenen Tröpfchen in drei Fällen fast gleich ist, außer zu der frühen Zeit, wenn die kinetische Energie des Aufpralls wirkt.

In Multitropfensimulationen wird γ/η auch als eine bestimmte Eigenschaft der Tintenflüssigkeit betrachtet und in diesem Teil werden hauptsächlich Druckparameter untersucht. Der Tropfenabstand S sollte kleiner sein als der Durchmesser eines einzelnen Tropfens, daher sollte das Skalenverhältnis des abgelagerten Tropfens zum fallenden Tropfen (R/r) berechnet werden. Durch Angleichung der Volumenformel der Kugel und des Kugelsegments kann R/r berechnet werden:

Abbildung 6a zeigt ein Diagramm von Gl. (11). Es ist zu beobachten, dass R/r mit abnehmendem Kontaktwinkel zunimmt. Es wird davon ausgegangen, dass der Querschnitt der glatten durchgehenden Linie ein Kreissegment ist, sodass die Breite der Linie DL berechnet werden kann:

Abbildung 5b zeigt die Kurven von Gl. (12) mit unterschiedlichen S-Werten und eine Multidroplet-Simulation kann testen, ob ein Paar von θs- und S-Werten eine kontinuierliche Linie bilden kann.

a Simulierte Morphologie von drei Fällen mit derselben Messskala. b Simulierte Morphologie von drei Fällen zu unterschiedlichen Berechnungszeitpunkten. a zeigt den Skalenunterschied von Tropfen und Maschen in drei Fällen mit dem gleichen Messmaßstab. b Zeigt die simulierte Morphologie dieser Fälle, aber die Zeit wird im gleichen Verhältnis ihrer Skala gewählt. Die Ergebnisse bestätigen, dass es länger dauert, bis größere Tröpfchen eine bestimmte Morphologie bilden.

Bei der Multi-Droplet-Simulation kann die Aggregation von Tröpfchen am Startpunkt das Endergebnis beeinflussen. Um dies zu vermeiden, bilden, wie Abb. 6c zeigt, mehrere Tröpfchen die Anfangslinie, die auf einen Bereich mit der nach Gl. berechneten Breite begrenzt ist. (12) und die linke Grenze ist symmetrisch, um die Aggregation von Tröpfchen weiter zu vermeiden. Anschließend werden die Tröpfchen einzeln nach der ersten Linie abgeschieden. Die Intervallzeit zwischen den Tröpfchen beträgt 0,5 ms, γ/η beträgt 2–4, θs beträgt 20–50° und S nimmt von 2R ab, bis eine durchgehende Linie erzeugt wird; Auf diese Weise können das maximale S und das minimale DL ermittelt werden.

a Skalenverhältnis von abgelagerten Tröpfchen zu fallenden Tröpfchen mit unterschiedlichen statischen Kontaktwinkeln. b Breite einer gedruckten durchgehenden Linie mit unterschiedlichem Tropfenabstand und einem statischen Kontaktwinkel. c Schematische Darstellung der Methode zur Vermeidung von Tröpfchenaggregation. Dabei bedeutet R/r das Radiusverhältnis zwischen abgelagerten Tröpfchen und fallenden Tröpfchen, und das Verhältnis nimmt rationalerweise mit zunehmendem Kontaktwinkel ab. In b ist DL die Breite der gedruckten Linie, R und r sind die Radien der abgelagerten und fallenden Tröpfchen, und die Abbildung zeigt, dass sowohl ein größerer Tropfenabstand als auch ein größerer Kontaktwinkel dünnere Linien hervorrufen. c Ist die Draufsicht der Anfangseinstellungen, um eine Aggregation von Tröpfchen zu vermeiden, Kreise mit der Zahl 0 stellen anfängliche gepatchte Tröpfchen dar und Regionen mit θs = 180° sind Entnetzungsregionen, der DL wird als Wert in (b) festgelegt.

Abbildung 7a zeigt das maximale S/r für verschiedene Bedingungen. Bei einem relativ niedrigen θs sind die maximalen S/r-Werte für verschiedene γ/η-Werte ähnlich, aber der Unterschied nimmt mit dem Kontaktwinkel zu. Ein niedrigeres γ/η führt zu einem größeren S und einem kleineren DL, was durch die Beziehung zwischen γ/η und vcontline erklärt werden kann. Abbildung 7b zeigt den minimalen DL/r verschiedener Fälle. Wenn θs < 30°, führt ein größeres R zu einem größeren DL. Wenn θs > 40°, aggregieren Tröpfchen leicht und ein kleineres S ist erforderlich, um eine kontinuierliche Linie zu bilden; somit wird DL größer. Daher ist 30° < θs < 40° für die Herstellung dünner Einzelleitungen geeignet. Abbildung 7c zeichnet die Punkte in Abb. 7a und b zusammen. Da der minimale DL/r größer ist als der maximale S/r, können diese Druckparameter zur Herstellung von Mustern mit mehrreihigen Linien verwendet werden.

a Simulierter maximaler Tropfenabstand mit unterschiedlichen γ/η-Werten. b Berechnete minimale Linienbreite mit unterschiedlichen γ/η-Werten. c Vergleich des maximalen Tropfenabstands und der minimalen Linienbreite. d Simulierter maximaler Tropfenabstand bei unterschiedlichen Druckfrequenzen. e Berechnete Mindestlinienbreite bei unterschiedlichen Druckfrequenzen. f Echte gedruckte Tröpfchen und entsprechende simulierte Ergebnisse. In a stellen Punkte den maximalen Tropfenabstand dar, um eine kontinuierliche gedruckte Linie für verschiedene Bedingungen zu bilden, und zeigen, dass ein kleines γ/η zu einem größeren maximalen Abstand führt. b Zeigt die minimale Linienbreite unter verschiedenen Bedingungen. Diese Abbildung zeigt, dass 30–40° der richtige Kontaktwinkel für die Herstellung dünnerer Linien ist. c Ist eine Mischung aus a und b. Diese Zahl wird erstellt, um zu sehen, ob der maximale Abstand zum Drucken von Blattmustern verwendet werden kann. d und e sind genau wie a und b, aber γ/η ist fest (γ/η = 2) und die Druckfrequenz ist variabel.

Abbildung 7d und e zeigen die simulierten Ergebnisse von Fällen mit γ/η = 2 und unterschiedlichem fp, wobei das maximale S/r mit fp zunimmt. Da sich Kontaktlinien während der Intervallzeit mit höheren fp-Werten über eine kürzere Distanz bewegen, haben Tröpfchen eine größere Chance, benachbarte Tröpfchen zu kontaktieren und kontinuierliche Linien zu bilden. Die Unterscheidung der Ergebnisse zwischen fp = 2 kHz und fp = 4 kHz ist nicht sehr offensichtlich, daher ist fp = 2 kHz für die meisten Bedingungen ausreichend. Die Simulationsergebnisse von Fällen mit γ/η = 2 und fp = 1 kHz sind denen von Fällen mit γ/η = 4 und fp = 2 kHz sehr ähnlich, was durch die Bewegungsdistanz der Kontaktlinie erklärt werden kann. Wie oben besprochen, ist vcontline mit γ/η = 4 in jedem Übergangszustand doppelt so groß wie mit γ/η = 2, sodass es in Fällen mit γ/η = 4 halb so lange dauert, um eine ähnliche Form zu erhalten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass (γ/η)/fp bei der Simulation mehrerer Tröpfchen entscheidend ist und ein niedrigeres (γ/η)/fp für die Verbesserung der Musterqualität von Vorteil ist. Berücksichtigen Sie den Skalierungsfaktor. Im simulierten Fall könnte der tatsächlich erforderliche fp 1/fR betragen.

Um die Simulationsergebnisse zu verifizieren, wurden real gedruckte Linien mit der simulierten Morphologie verglichen. Wenn S von 50 auf 20 µm abnimmt, umfassen die simulierten Ergebnisse isolierte, gezackte, gleichmäßige und ausgebeulte Formationen, die mit den in Abb. 7f gezeigten realen gedruckten Formationen identisch sind.

Die selektive Behandlung von Substraten ist eine Methode zur Verbesserung der Qualität von Mustern61,62,63, und der Effekt kann mithilfe der Modelle in diesem Artikel simuliert werden, indem in der Simulation unterschiedliche Randbedingungen auf verschiedene Oberflächenbereiche angewendet werden, wie in Abb. 8a (θs2) dargestellt > θs1). Wenn θd < θs2, ist der dynamische Kontaktwinkel tendenziell höher und die Kontaktlinie tendiert dazu, sich nach hinten zu bewegen, wie bereits erläutert. Infolgedessen führt ein hoher θs2 dazu, dass die Tröpfchen dünner und länger werden.

a Schematische Darstellung des Druckens mit selektiver Behandlung. b Simulierte Einzeltropfenskalen verschiedener Fälle. c Makroskopischer Kontaktwinkel und Querschnittsform verschiedener Fälle. d Simulierte Multitröpfchenmorphologie verschiedener Fälle. a Ist die Draufsicht auf den Rechenbereich zur Realisierung einer selektiven Behandlung. In der Abbildung sind die Kontaktwinkel der verschiedenen Bereiche dargestellt und die Tröpfchen werden in numerischer Reihenfolge abgeschieden. In b ist der Zahlen-/Zahlenmittelwert θs1/θs2 und diese Abbildung zeigt die simulierte Breite und Länge eines einzelnen Tröpfchens unter verschiedenen selektiven Behandlungsbedingungen. In c bedeutet die Anzahl/Anzahl der verschiedenen Fälle die θs1/θs2-Breite des θs1-Bereichs, und die vertikale Koordinate ist der makroskopische Kontaktwinkel, und d zeigt die Draufsicht der simulierten Morphologie.

In dieser Simulation beträgt θs1 20°, 30° und 40° (CAH UDF); θs2 ist definiert als 60°, 90° und 120° (statischer Kontaktwinkel); die Breiten des Linienbereichs betragen 20, 22, 24, 26 und 30 μm; γ/η ist 2; und die Zeit beträgt 2 ms. Abbildung 8b zeigt die simulierten Ergebnisse eines einzelnen Tropfens. Die Breite des Tropfens nimmt mit der Breite des Linienbereichs ab, der Tropfen ist jedoch immer 1–7 μm breiter als der Linienbereich. Der Unterschied zwischen θs1 und θs2 spielt eine wichtige Rolle bei der Form des Tropfens: Ein niedriger θs1 entspricht einem länglichen Tropfen, während ein hoher θs2 die Tropfen in den Linienbereich hinein komprimiert. Die Simulationsergebnisse der Fälle mit θs2 = 90° und θs2 = 120° sind sehr ähnlich, sodass θs2 = 90° ausreicht, um einen offensichtlichen Effekt zu erzielen. Da sich Tröpfchen sowohl auf behandelten als auch auf unbehandelten Regionen ablagern, werden sie sowohl von θs1 als auch von θs2 beeinflusst und bleiben letztendlich in einem ausgeglichenen Zustand, in dem der makroskopische Kontaktwinkel θs beträgt. Abbildung 8c zeigt θs und den Querschnitt durchgehender Linien. Der Tropfenabstand beträgt das 0,9-fache der Länge eines einzelnen Tropfens. Die Ergebnisse zeigen, dass θs zwischen θs1 und θs2 liegt und die Höhe des Querschnitts H für einen bestimmten θs1 relativ stabil ist; somit nimmt θs mit zunehmender Breite des Linienbereichs ab. Darüber hinaus nehmen sowohl θs als auch H mit θs1 zu, sind jedoch für Fälle mit unterschiedlichem θs2 sehr ähnlich, was darauf hindeutet, dass θs2 einen unwesentlichen Einfluss hat. Abbildung 8d zeigt die Form der simulierten kontinuierlichen Reihe von Fällen mit γ/η = 2 und fp = 2 kHz, deren Formen denen der Fälle mit γ/η = 4 und fp = 1 kHz entsprechen (in diesem Artikel nicht gezeigt). ), was darauf hinweist, dass γ/η und fp beim Drucken selektiver Behandlungsassistenten nicht wichtig sind. Die Linie mit selektiver Behandlung ist dünn und die Kante ist glatt, was ideal zum Drucken ist. Allerdings ist zu beachten, dass der behandelte Linienbereich die Bewegung der Kontaktlinie einschränkt; Für den planar behandelten Bereich, in dem sich die Kontaktlinien frei bewegen, spielen auch γ/η und fp eine Rolle. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine selektive Behandlung hilfreich ist, um dünnere Linien und glattere Kanten zu erzeugen. θs1 sollte unter 30° und θs2 über 90° liegen, um einen offensichtlichen Effekt zu erzielen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Reibungseffekt eine wichtige Rolle bei der Bildung winziger Tintentröpfchen spielt und die in dieser Studie vorgeschlagene UDF dabei helfen könnte, den Reibungseffekt in Ansys Fluent richtig zu simulieren. Aus den Simulationsergebnissen geht hervor, dass die Form der Tröpfchen durch die Bewegung der Kontaktlinie gesteuert wird. Der Wert von (γ/η)/fp ist ein entscheidender Faktor, und ein kleiner Wert erleichtert die Bildung dünner Linien. Insgesamt sind 30–40° ein geeigneter Kontaktwinkelbereich zum Drucken einer dünnen Einzellinie. Durch die selektive Behandlung können dünnere Linien mit glatteren Kanten gedruckt werden. Der Übergangsbereich wird für das Gleichgewicht der Kontaktlinien gefunden und eine größere Differenz ist erforderlich, um feine Muster herzustellen. Der innere Kontaktwinkel sollte kleiner als 30° und der äußere Kontaktwinkel größer als 90° sein.

Die im Rahmen der Studie generierten und analysierten Daten sind auf begründete Anfrage bei den entsprechenden Autoren erhältlich.

Der Code von CAH UDF ist auf begründete Anfrage bei den entsprechenden Autoren erhältlich.

Wong, WS & Salleo, A. (Hrsg.) Flexible Elektronik: Materialien und Anwendungen. Bd. 11 (Springer Science & Business Media, 2009).

Gao, W. et al. Flexible Elektronik für tragbare Sensoren. Acc. Chem. Res. 52, 523–533 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Khan, Y. et al. Eine neue Grenze der gedruckten Elektronik: flexible Hybridelektronik. Adv. Mater. 32, 1905279 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Zhou, L. et al. Flexibles Display mit vollständig organischer Aktivmatrix. Appl. Physik. Lette. 88, 083502 (2006).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, W. et al. Großflächige Mikrolinsen-Arrays auf flexiblem Substrat mit verbesserter numerischer Apertur für gekrümmte, integrierte 3D-Bilddarstellung. Wissenschaft. Rep. 10, 1–9 (2020).

CAS Google Scholar

Bi, P. & Hao, X. Vielseitiger ternärer Ansatz für neuartige organische Solarzellen: eine Übersicht. Sol. RRL 3, 1800263 (2019).

Artikel Google Scholar

Yang, KJ et al. Flexible Cu2 ZnSn (S, Se) 4 Solarzellen mit über 10 % Wirkungsgrad und Methoden zur Vergrößerung der Zellfläche. Nat. Komm. 10, 1–10 (2019).

CAS Google Scholar

Kabachinski, J. Eine Einführung in RFID. Biomed. Instrument. Technol. 39, 131–134 (2009).

Artikel Google Scholar

Lee, JS et al. Drahtloser intelligenter Wasserstoffsensor basierend auf einem mit Pt/Graphen immobilisierten Radiofrequenz-Identifikationsetikett. ACS Nano 9, 7783–7790 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Baumbauer, CL et al. Gedruckte, flexible, kompakte UHF-RFID-Sensor-Tags, ermöglicht durch Hybridelektronik. Wissenschaft. Rep. 10, 1–12 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, J. et al. Ein Überblick über passive RFID-Tag-Antennen-basierte Sensoren und Systeme für Anwendungen zur strukturellen Gesundheitsüberwachung. Sensoren 17, 265 (2017).

Artikel Google Scholar

Wang, S. et al. Skin-Elektronik durch skalierbare Herstellung eines intrinsisch dehnbaren Transistor-Arrays. Natur 555, 83–88 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Heikenfeld, J. et al. Tragbare Sensoren: Modalitäten, Herausforderungen und Perspektiven. Lab Chip 18, 217–248 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Somalu, MR et al. Siebdruckfarben für die Herstellung von Festoxid-Brennstoffzellenfolien: ein Rückblick. Erneuern. Aufrechterhalten. Energy Rev. 75, 426–439 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Zavanelli, N. & Yeo, WH Fortschritte beim Siebdruck leitfähiger Nanomaterialien für dehnbare Elektronik. ACS Omega 6, 9344–9351 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Assimonis, SD & Fusco, V. Polarisationsunempfindlicher, weitwinkeliger, ultrabreitbandiger, flexibler, widerstandsbelasteter elektromagnetischer Metamaterialabsorber unter Verwendung herkömmlicher Tintenstrahldrucktechnologie. Wissenschaft. Rep. 9, 1–15 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Sun, J. et al. Ein einfacher Ansatz zur Herstellung mikrostrukturierter Oberflächen basierend auf einer geätzten Vorlage mittels Tintenstrahldrucktechnologie. Polymere 10, 1209 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Cok, RS et al. Anorganische Leuchtdioden-Displays im Mikrotransferdruck. J. Soc. Inf. Disp. 25, 589–609 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, L. et al. Forschungsfortschritt der Mikrotransferdrucktechnologie für die flexible elektronische integrierte Fertigung. Mikromaschinen 12, 1358 (2021).

Artikel Google Scholar

Sosada-Ludwikowska, F., Wimmer-Teubenbacher, R. & Köck, A. Transferdrucktechnologie zur Herstellung chemischer Sensoren auf Basis von Zinndioxid-Nanodrähten. Multidisziplinär. Ziffer. Publ. Inst. Proz. 2, Nr. 13 (2018).

Google Scholar

Wiklund, J. et al. Ein Überblick über gedruckte Elektronik: Herstellungsmethoden, Tinten, Substrate, Anwendungen und Umweltauswirkungen. J. Manufaktur Mater. Verfahren. 5, 89 (2021).

CAS Google Scholar

Shams, Y. Entwurf eines hybriden Tintenstrahl- und Laserfertigungssystems für die digitale und berührungslose Herstellung neuer nanotechnologiebasierter Geräte. Dissertation, Universität Cambridge (2019).

Sajedi-Moghaddam, A., Rahmanian, E. & Naseri, N. Tintenstrahldrucktechnologie für Superkondensatoranwendungen: aktueller Stand und Perspektiven. ACS-Appl. Mater. Schnittstellen 12, 34487–34504 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Li, J. et al. Effizienter Tintenstrahldruck von Graphen. Adv. Mater. 25, 3985–3992 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Liang, S. et al. Herstellung von Niedertemperaturverbindungen auf PDMS-Polymersubstraten unter Verwendung von Ag-Nanopartikeln und Submikronpartikeln 36–48 (The Japan Institute of Electronics Packaging, Japan, 2016).

Cai, Y. et al. Tintenstrahldruck von partikelfreier Silberleittinte mit niedriger Sintertemperatur auf flexible Substrate. Chem. Physik. Lette. 737, 136857 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Ji, H. et al. Großflächige Infrarot-thermochrome VO2-Nanopartikelfilme, hergestellt durch Tintenstrahldrucktechnologie. Sol. Energie Mater. Sol. Zellen 194, 235–243 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Carey, T. et al. Gedruckte Tintenstrahlschaltungen mit 2D-Halbleitertinten für Hochleistungselektronik. Adv. Elektron. Mater. 7, 2100112 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Peng, Y. et al. Die elastischen Mikrostrukturen von tintenstrahlgedrucktem Polydimethylsiloxan als strukturierte dielektrische Schicht für Drucksensoren. Appl. Physik. Lette. 110, 261904 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Reinheimer, T., Azmi, R. & Binder, JR Polymerisierbares Keramiktintensystem für dünne, tintenstrahlgedruckte dielektrische Schichten. ACS-Appl. Mater. Schnittstellen 12, 2974–2982 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Divvela, MJ & Joo, YL Designprinzipien im kontinuierlichen elektrohydrodynamischen Tintenstrahldruck aus diskretisierter Modellierung und Bildanalyse. J. Manufaktur Verfahren. 54, 413–419 (2020).

Artikel Google Scholar

Mahajan, A., Frisbie, CD & Francis, LF Optimierung des Aerosolstrahldrucks für hochauflösende Silberlinien mit hohem Seitenverhältnis. ACS-Appl. Mater. Schnittstellen 5, 4856–4864 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Onses, MS et al. Mechanismen, Fähigkeiten und Anwendungen des hochauflösenden elektrohydrodynamischen Strahldrucks. Klein 11, 4237–4266 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Castrejon-Pita, JR et al. Zukunft, Chancen und Herausforderungen der Inkjet-Technologien. Bei. Sprays 23, 6 (2013).

Google Scholar

Sowade, E. et al. Die Designherausforderung bei Druckgeräten und Schaltkreisen: Einfluss der Ausrichtung von Druckmustern in tintenstrahlgedruckter Elektronik. Org. Elektron. 37, 428–438 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Soltman, D. et al. Methodik für den Tintenstrahldruck teilweise benetzender Filme. Langmuir ACS J. Surf. Kolloide 26, 15686–15693 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Stringer, J. & Derby, B. Beschränkungen der Merkmalsgröße und Auflösung beim Tintenstrahldruck. J. Eur. Ceram. Soc. 29, 913–918 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

SarahKrainer, C. & Ulrich, H. Der Einfluss von Viskosität und Oberflächenspannung auf tintenstrahlgedruckte Pikoliterpunkte. RSC Adv. 9, 31708–31719 (2019).

Artikel Google Scholar

Stringer, J. & Derby, B. Bildung und Stabilität von Linien, die durch Tintenstrahldruck erzeugt werden. Langmuir ACS J. Surf. Kolloide 26, 10365–10372 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Lee, W. & Son, G. Numerische Untersuchung des Tröpfchenaufpralls und der Koaleszenz in einem Mikrolinienstrukturierungsprozess. Berechnen. Flüssigkeiten 42, 26–36 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, L., Zhu, Y. & Cheng, Chem. Ing. Wissenschaft. 171, 534–544 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Bussmann, M., Mostaghimi, J. & Chandra, S. Über ein dreidimensionales Volumenverfolgungsmodell des Tröpfchenaufpralls. Physik. Fluids 11, 1406e17 (1999).

Artikel Google Scholar

Sikalo, S., Wilhelm, HD, Roisman, IV, Jakirlic, S. & Tropea, C. Dynamischer Kontaktwinkel sich ausbreitender Tröpfchen: Experimente und Simulationen. Physik. Flüssigkeiten 17, 062103 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

Roisman, IV et al. Tropfenaufprall auf eine trockene Oberfläche: Rolle des dynamischen Kontaktwinkels. Kolloidsurf. Physikochem. Ing. Asp. 322, 183e91 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Malgarinos, I., Nikolopoulos, N., Marengo, M., Antonini, C. & Gavaises, M. VOF-Simulationen der Kontaktwinkeldynamik während der Tropfenausbreitung: Standardmodelle und ein neues Benetzungskraftmodell. Adv. Kolloidschnittstellenwissenschaft. 212, 1e20 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Nichita, BA, Zun, I. & Thome, JR Eine VOF-Methode gekoppelt mit einem dynamischen Kontaktwinkelmodell zur Simulation von Zweiphasenströmungen mit teilweiser Benetzung. 7. Internationale Konferenz über Mehrphasenströmung. ICMF 2010, Tampa, FL (2010).

Schmatko, T., Hervet, H. & Leger, L. Reibung und Schlupf an einfachen Flüssigkeits-Feststoff-Grenzflächen: die Rolle der Molekülform und der Fest-Flüssigkeits-Wechselwirkung. Physik. Rev. Lett. 94, 244501 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

Gao, L. & McCarthy, TJ Kontaktwinkelhysterese erklärt. Langmuir 22, 6234–6237 (2006).

Artikel CAS Google Scholar

Kistler, SF Hydrodynamik der Benetzung. Wettability 6, 311–430 (1993).

Google Scholar

Hoffman, RL Eine Studie der fortschreitenden Schnittstelle. I. Grenzflächenform in Flüssigkeits-Gas-Systemen. J. Colloid Interface Sci. 50, 228–241 (1975).

Artikel CAS Google Scholar

Jiang, M., Zhou, B. & Wang, X. Vergleiche und Validierungen von Kontaktwinkelmodellen. Int. J. Hydrog. Energie 43, 6364–6378 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Peng, XF, Wang, XD & Lee, DJ Beschreibung des dynamischen Kontaktwinkels auf einer rauen festen Oberfläche. Wärmeübertragungs-Sommerkonferenz 36959, 283–288 (2003).

Google Scholar

Wang, X.-D., Peng, X.-F. & Wang, B.-X. Kontaktwinkelhysterese und Hysteresespannung auf rauer fester Oberfläche. Kinn. J. Chem. Ing. 12, 615–621 (2004).

CAS Google Scholar

Cheng, K. et al. Theoretische Betrachtung der Kontaktwinkelhysterese mithilfe von Methoden zur Minimierung der Oberflächenenergie. Int. J. Wärme-Massentransf. 102, 154–161 (2016).

Artikel Google Scholar

Malgarinos, I. et al. VOF-Simulationen der Kontaktwinkeldynamik während der Tropfenausbreitung: Standardmodelle und ein neues Benetzungskraftmodell. Adv. Kolloidschnittstellenwissenschaft. 212, 1–20 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Roisman, IV et al. Tropfenaufprall auf eine trockene Oberfläche: Rolle des dynamischen Kontaktwinkels. Kolloide surfen. A: Physikochem. Ing. Asp. 1, 183–191 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Song, YC, Wang, CH & Ning, Z. Studie zur Ausbreitung von Flüssigkeitströpfchen, die auf eine feste, trockene Oberfläche auftreffen. Appl. Mech. Mater. 66, 888–893 (2011).

Artikel Google Scholar

Xiao, X. et al. Eine Wellenform-Designmethode für piezoelektrische Tintenstrahldruckköpfe mit Doppler-Vibrationstest und numerischer Simulation. Mikroelektron. Ing. 196, 13–19 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

van der Bos, A. et al. Geschwindigkeitsprofil in piezoakustischen Tintenstrahltröpfchen im Flug: Vergleich zwischen Experiment und numerischer Simulation. Physik. Rev. Appl. 1, 014004 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Wijshoff, H. Tropfendynamik im Tintenstrahldruckprozess. Curr. Meinung. Kolloidschnittstellenwissenschaft. 36, 20–27 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Yeo, LP et al. Selektive Oberflächenmodifizierung von PET-Substrat für den Tintenstrahldruck. Int. J. Adv. Hersteller Technol. 71, 1749–1755 (2014).

Artikel Google Scholar

Tang, W. et al. Steuerung der Oberflächenbenetzbarkeit des Polymerdielektrikums für eine verbesserte Auflösung von tintenstrahlgedruckten Elektroden und strukturierten Kanalbereichen in lösungsverarbeiteten organischen Dünnschichttransistoren mit niedriger Spannung. J. Mater. Chem. C 2, 5553–5558 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Nguyen, PQM et al. Gemusterte Oberfläche mit kontrollierbarer Benetzbarkeit für den Tintenstrahldruck flexibler gedruckter Elektronik. ACS-Appl. Mater. Schnittstellen 6, 4011–4016 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Dieses Projekt wurde von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 52075125) unterstützt.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Shaowei Hu, Wenbo Zhu.

Sauvage Laboratory for Smart Materials, School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology (Shenzhen), 518055, Shenzhen, China

Shaowei Hu, Wenbo Zhu, Wanchun Yang und Mingyu Li

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

SH: Konzeptualisierung, Methodik, Schreiben – Originalentwurf. WZ: Recherche, Schreiben – Rezension und Bearbeitung. WY: Formale Analyse, Datenkuratierung. ML: Ressourcen, Betreuung, Finanzierungseinwerbung.

Korrespondenz mit Mingyu Li.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Hu, S., Zhu, W., Yang, W. et al. Morphologiesimulation von Drop-on-Demand-Tintenstrahl-gedruckten Tröpfchen. npj Flex Electron 6, 64 (2022). https://doi.org/10.1038/s41528-022-00187-3

Zitat herunterladen

Eingegangen: 02. Dezember 2021

Angenommen: 05. Juni 2022

Veröffentlicht: 28. Juli 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41528-022-00187-3

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt