本发明属于印刷电子领域，具体涉及一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印方法与装置。
背景技术：
1、印刷电子技术是将功能溶液/墨水通过增材的方式沉积在基板表面，形成具备导电等功能的线路和图形，其具有大面积、高通量、绿色环保、低成本、柔性化等优势，在柔性电子和传感器制造中展现出了前所未有的应用潜力。其中，喷墨打印是一种非接触式的数字化印刷技术，无需掩膜版，被视为一种极具潜力的印刷电子技术，在导电电路、oled、光伏电池等柔性印刷电子领域展现出巨大的前景。然而，喷墨打印技术非常容易引起针头堵塞，且其打印线宽分辨率在百微米左右，另外我国的喷墨打印头当前主要依赖进口。此外，对于电流体喷印技术，尽管其线宽可以到10微米以下，但由于其工作需要加载高压电场，且打印效率低下，因此很难在工业应用中推广。显然，蓬勃发展的柔性印刷电子领域，亟需开发新的具有低成本、高精度打印技术，达到对功能溶液/墨水体系进行更精细的跨尺度操控和组装，以实现更高精度、更高质量的打印线路和图形结构，这也成为当前印刷电子制造领域面临的重要挑战。
技术实现思路
1、针对传统数字化喷墨打印技术中的堵针、工艺难控等问题，本发明提出一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印方法与装置，其为基于气体射流对溶液/墨水液膜进行驱动、切割和打孔的技术，基于“咖啡环”形成原理，辅助以三相接触线处的蒸发诱导自组装，并通过三轴运动机构引导，从而实现功能线条和图案制造。
2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印方法，包括如下步骤：
4、步骤1、将打印基底水平放在液池中，向液池中倒入挥发性功能溶液直至将打印基底完全浸没，功能溶液在打印基底表面形成一层二维薄液膜；
5、步骤2、将压缩空气引入管路，并在管路中设置压力调节和流量监测模块，并在管路末端接入微气针，通过微气针实现对气流的聚焦，最终在微气针出口形成稳定的、流速和流量连续可调可控的气体射流；
6、步骤3、将微气针出口处的聚焦气流入射在二维薄液膜上，在气体射流的强迫作用下二维薄液膜被打开并形成圆形孔隙；
7、步骤4、使气体射流和二维薄液膜之间按照规划的图形化路径相对运动，气体射流引起的圆形孔隙发生移动，即二维薄液膜被气流切割，二维薄液膜中的溶质粒子在切割边缘的蒸发诱导作用下自组装固化，形成特定的图案化结构；
8、步骤5、从液池中取出打印基底，并清洗掉打印基底表面尚未蒸发的残留液膜，观察到打印基底表面形成的精细线条和图案化结构。
9、进一步地，还包括根据需求重复多次步骤1-步骤5，以形成多层结构。
10、进一步地，还包括根据需求，将加工完成的样品进行烧结。
11、本发明还提供一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印装置，包括液膜微调模块、气体射流驱动与监测模块以及三维位移台模块；所述液膜微调模块固定在三维位移台模块的x-y平面上；所述气体射流驱动与监测模块的气流出口组件安装在三维位移台模块的z轴上；所述液膜微调节模块将液池与储液罐通过一个精密压力泵相连，数字化控制精密压力泵实现液池中二维薄液膜厚度的精确调控；或通过精密升降平台，通过控制打印基底的高度来调节二维薄液膜的厚度；所述气体射流驱动与监测模块通过精密气泵和流量计实现稳定气体射流的输出，且气流压力可调、流量可监测；所述三维位移台模块包括x轴滑台、y轴滑台、z轴滑台，通过数字化编程实现二维薄液膜和气体射流的三维相对运动路径。
12、进一步地，所述溶液包括适用于溶剂是挥发性液体的功能溶液体系和包含分散剂是挥发性液体的胶体体系，所述适用于溶剂是挥发性液体的功能溶液体系包含功能纳米材料溶液，所述功能纳米材料溶液包括导电纳米银粒子水溶液，纳米金粒子水溶液；所述包含分散剂是挥发性液体的胶体体系包括以聚合物、无机材料、金属材料为分散质的胶体系统，所述胶体系统包括水基聚苯乙烯胶体，水基二氧化硅胶体。
13、进一步地，气流为通过精密气泵驱动、通过不同内径微气针聚焦的气体射流；所述气流通过在微气针上安装加热模块进行加热和温控；气流与二维薄液膜依照软件规划的相对运动路径运动，通过三维位移台模块控制实现二维薄液膜切割。
14、进一步地，所述二维薄液膜的基底加载加热模块，加热二维薄液膜，从而对孔隙边缘的蒸发自组装过程进行调制，以实现图形化结构的调控。
15、进一步地，所述气体射流驱动与监测模块的出气口处设置微气针，微气针连接气体管路的一端，气体管路的另一端设置精密气泵；气体管路上设置流量计。
16、有益效果：
17、本发明可以实现基于挥发性溶液/墨水体系的高精度、低成本印刷和打印，不存在喷墨技术的堵针等难题，有望广泛应用于图案化光电薄膜结构的制造。
1.一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印方法，其特征在于，还包括根据需求重复多次步骤1-步骤5，以形成多层结构。
3.根据权利要求2所述的一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印方法，其特征在于，还包括根据需求，将加工完成的样品进行烧结。
4.一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印装置，其特征在于，包括液膜微调模块、气体射流驱动与监测模块以及三维位移台模块；所述液膜微调模块固定在三维位移台模块的x-y平面上；所述气体射流驱动与监测模块的气流出口组件安装在三维位移台模块的z轴上；所述液膜微调节模块将液池与储液罐通过一个精密压力泵相连，数字化控制精密压力泵实现液池中二维薄液膜厚度的精确调控；或通过精密升降平台，通过控制打印基底的高度来调节二维薄液膜的厚度；所述气体射流驱动与监测模块通过精密气泵和流量计实现稳定气体射流的输出，且气流压力可调、流量可监测；所述三维位移台模块包括x轴滑台、y轴滑台、z轴滑台，通过数字化编程实现二维薄液膜和气体射流的三维相对运动路径。
5.根据权利要求4所述的一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印装置，其特征在于，所述溶液为分散有功能粒子的挥发性溶剂，所述功能粒子包括金属纳米颗粒(金、银、铜等)、碳基纳米材料(石墨烯、碳纳米管、导电碳黑等)、绝缘纳米颗粒(二氧化硅、二氧化钛等)、无机半导体纳米颗粒(硒化铜、硫化锌、二硫化钼、mxene等)、有机半导体纳米颗粒(聚苯乙烯、聚噻吩等)、有机-无机杂化半导体纳米颗粒(钙钛矿量子点等)、生物大分子(细胞、dna、蛋白质等)；所述挥发性溶剂包括水、烃类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、卤代烃类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、酸和碱类溶剂、氨和氨类溶剂以及硫化合物溶剂等。
6.根据权利要求4所述的一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印装置，其特征在于，气流为通过精密气泵驱动、通过不同内径微气针聚焦的气体射流；所述气流通过在微气针上安装加热模块进行加热和温控；气流与二维薄液膜依照软件规划的相对运动路径运动，通过三维位移台模块控制实现二维薄液膜切割。
7.根据权利要求4所述的一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印装置，其特征在于，所述二维薄液膜的基底加载加热模块，加热二维薄液膜，从而对孔隙边缘的蒸发自组装过程进行调制，以实现图形化结构的调控。
8.根据权利要求4所述的一种气体射流驱动的液膜蒸发图形化打印装置，其特征在于，所述气体射流驱动与监测模块的出气口处设置微气针，微气针连接气体管路的一端，气体管路的另一端设置精密气泵；气体管路上设置流量计。
