本发明属于纳米微粒沉积技术领域，具体涉及一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法。
背景技术：
喷墨打印系统能够将功能纳米微粒墨水沉积在基板表面，实现纳米微粒导电线路的快速加工。影响喷墨打印沉积图案精度的因素较多，如：墨水稳定性、基板亲疏水性、表面粗糙度等。提高喷墨打印沉积图案的精度，能够更好的加工与控制导电线路。因此，如何提高打印精度或者控制沉积图案一直是研究的重要领域。leidenfrost现象是指基板温度较高时，液滴沉积在基板表面局部接触并气化成气膜，阻碍液滴与基板间的传热。因此，通过局部沸腾控制喷墨打印纳米微粒沉积量，leidenfrost现象是潜在的控制喷墨打印沉积的方法。
基板的表面润湿性和粗糙度是影响沉积图案质量的关键因素。在工程应用过程中，如果需要改变表面润湿性和粗糙度，就需要对原始表面进行修饰。很多工程问题，没有办法或者不允许直接对其表面进行改性，因此有必要提出一种在不修改表面的情况下提高纳米微粒沉积图案精度的方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法，通过加热基板，使得纳米微粒液滴撞击基板表面实现leidenfrost沸腾状态。leidenfrost状态下，纳米微粒液滴仅有部分纳米微粒沉积于基板表面，实现对纳米微粒沉积图案的控制，提高沉积图案的精度。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法，该方法包括：
步骤一：将基板加热到leidenfrost温度以上；
步骤二：设定喷墨打印设备的打印速度和点间距，并输入沉积图案，将纳米微粒墨水通过喷墨打印，在基板表面得到一层沉积图案；
步骤三：重复步骤二的操作，通过多层打印增加沉积图案的厚度，实现对喷墨打印沉积图案厚度的高分辨率控制。
优选的，所述的基板为平面或曲面。
优选的，所述的基板为平面时，将基板放置于加热板上进行加热；基板为曲面时，在基板背面贴上加热膜进行加热。
优选的，所述的步骤一是通过pid控制基板温度。
优选的，所述的纳米微粒墨水为银纳米微粒墨水、铜纳米微粒墨水、康铜纳米微粒墨水或金纳米微粒墨水。
优选的，所述的步骤二得到的沉积图案的厚度为1微米。
本发明的有益效果
本发明提供一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法，和现有技术相对比，该方法：
1、本发明能够在不修饰基板表面的前提下提高打印精度。
2、本发明能够通过leidenfrost打印提高喷墨打印沉积图案精度。
3、本发明能够通过多层打印控制纳米微粒液滴的沉积厚度。
4、基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积可以作为一种镀膜方法，例如：银镀层能够应用于装饰、降低金属零件的电阻、提高金属的焊接本领等功能。
5、印刷电子技术是将不同纳米材料制备成印刷墨水，以喷墨打印的形式在基底上成型。显示器、太阳能电池等均需要喷墨打印技术加工导电线路。通过leidenfrost喷墨沉积技术，能够对沉积的线路厚度进行精确控制，并且能够提高线路的精度，制作更复杂的喷墨打印产品。
6、将热电偶材料制作成纳米微粒，配置得到纳米微粒墨水，通过leidenfrost打印能够得到较薄热电偶线路。高分辨率能够提高热电偶的空间密度，获得更多的温度测点数据。
附图说明
图1为本发明实施例2一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法效果图。
具体实施方式
一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法，该方法包括加热基板、单层打印和多层沉积三个步骤：
步骤一：将基板加热到leidenfrost温度以上；具体为：
1)首先，准备好需要沉积的纳米微粒墨水和基板，以及一台喷墨打印设备，如果基板是平面，将基板放置在水平加热平台上；如果基板是曲面，在沉积面的背面贴上加热膜，所述的基板优选为陶瓷基板。
2)进行预实验，需要得到纳米微粒液滴撞击基板的leidenfrost温度，leidenfrost温度受到纳米微粒液滴和基板物性的影响，逐渐提高基板温度，观察喷墨打印液滴的形态，观察到液滴撞击基板后，部分沉积后滚落基板，得到leidenfrost温度，将基板加热到leidenfrost温度以上，通过pid控制基板温度稳定。
步骤二：设定喷墨打印设备的打印速度和点间距，所述的打印速度优选为5m/s，点间距优选为0.15mm，并输入沉积图案，将纳米微粒墨水通过喷墨打印，在基板表面得到一层沉积图案；所述的纳米微粒墨水来源为商购，优选为银纳米微粒墨水、铜纳米微粒墨水、康铜纳米微粒墨水或金纳米微粒墨水；为了得到致密的薄膜，优选将得到的沉积图案进行烧结处理，所述的烧结温度优选为250-1000℃，更优选为300-800℃，时间优选为5min-2h，更优选为30-60min；
本发明所述的因为基板温度高于leidenfrost温度，液滴撞击在基板表面无法直接沉积在基板表面，而是部分沸腾沉积，形成较薄的沉积层。最终得到的沉积图案厚度优选为1微米，是传统蒸发沉积图案厚度的1/100-1/1000。液滴部分沉积后会滚落基板，因此需要配套的液滴回收循环装置，以防止墨水的浪费和污染。
步骤三：重复步骤二的操作，通过多层打印增加沉积图案的厚度，对沉积厚度进行控制，得到厚度可控的leidenfrost沉积图案。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1：表面镀膜
在水平基板上，将基板加热到250℃，纳米微粒墨水为铜纳米微粒墨水(铜纳米微粒与乙二醇形成的胶体溶液)。调节打印速度为5m/s，点间距为0.15mm，在整个表面沉积纳米微粒，形成1微米厚的铜纳米微粒层。将基板和铜纳米微粒，在600℃进行烧结处理30min，能够形成一层铜膜。
实施例2：印刷导电线路
在陶瓷基板上，将基板加热到300℃，纳米微粒墨水为银纳米微粒墨水(银纳米微粒的二乙二醇胶体溶液)，将银纳米微粒墨水在300℃的陶瓷基板上沉积导电线路，调节打印速度为5m/s，点间距为0.15mm，形成1微米厚的导电线路，银纳米微粒墨水在沉积后，在300℃下烧结10min。
重复打印的操作，通过多层打印增加沉积图案的厚度，对沉积厚度进行控制，得到厚度可控的leidenfrost沉积图案。
图1为银纳米微粒墨水在300℃的陶瓷基板上沉积导电线路，调节打印速度为5m/s，点间距为0.15mm，打印层数从下往上分别为1-10层，沉积线路的颜色逐渐加深，沉积线路的厚度不断加厚。
实施例3：喷墨打印薄膜热电偶
在陶瓷水平基板上，将基板加热到250℃，纳米微粒墨水为铜纳米微粒乙二醇溶液和康铜纳米微粒溶液，将铜纳米微粒乙二醇溶液作为正极材料，康铜纳米微粒溶液作为负极材料，分别沉积在加热到250℃的陶瓷水平基板表面，沉积图案为两条连接的线路，调节打印速度为5m/s，点间距为0.15mm，通过在800℃高温烧结1h，形成1微米厚的薄膜热电偶。
1.一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法，其特征在于，该方法包括：
步骤一：将基板加热到leidenfrost温度以上；
步骤二：设定喷墨打印设备的打印速度和点间距，并输入沉积图案，将纳米微粒墨水通过喷墨打印，在基板表面得到一层沉积图案；
步骤三：重复步骤二的操作，通过多层打印增加沉积图案的厚度，实现对喷墨打印沉积图案厚度的高分辨率控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法，其特征在于，所述的基板为平面或曲面。
3.根据权利要求2所述的一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法，其特征在于，所述的基板为平面时，将基板放置于加热板上进行加热；基板为曲面时，在基板背面贴上加热膜进行加热。
4.根据权利要求1所述的一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法，其特征在于，所述的步骤一是通过pid控制基板温度。
5.根据权利要求1所述的一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法，其特征在于，所述的纳米微粒墨水为银纳米微粒墨水、铜纳米微粒墨水、康铜纳米微粒墨水或金纳米微粒墨水。
6.根据权利要求1所述的一种基于leidenfrost现象的纳米微粒沉积方法，其特征在于，所述的步骤二得到的沉积图案的厚度为1微米。
技术总结