방울의 형태 시뮬레이션

npj 유연한 전자공학 6권, 기사 번호: 64(2022) 이 기사 인용

1261 액세스

3 인용

측정항목 세부정보

잉크젯 인쇄 전자 장치는 최근 몇 년간 인기 있는 연구 주제가 되었습니다. 일반적인 DOD(Drop-On-Demand) 잉크젯 인쇄 기술의 경우 고르지 못한 가장자리는 보편적인 문제입니다. 잉크 특성 및 인쇄 매개변수와 같은 많은 요소가 이 문제에 영향을 미치며, 이러한 영향을 연구하기 위해서는 수치적 방법이 실험적 방법보다 더 좋습니다. 본 논문에서는 Ansys F의 VOF(Volume of Fluid) 방법과 사용자 정의 파일(UDF)을 기반으로 하는 모델을 구축하여 증착된 잉크 방울의 형성 과정을 시뮬레이션했습니다. 모델과 UDF에는 마찰 효과가 포함되어 있으며 단일 액적, 두 개의 융합된 액적 및 여러 액적의 형태가 시뮬레이션되어 다양한 요인의 영향을 연구합니다. 일부 결과는 패턴 품질을 개선하기 위한 지침이 될 수 있습니다. 마지막으로 잉크젯 인쇄의 장점을 이해하기 위해 선택적 처리의 효과도 연구합니다.

과학과 기술의 발전으로 유연성과 착용성은 플렉서블 디스플레이4,5, 태양전지6,7, RFID 시스템8,9,10 및 웨어러블 건강 관리 센서11,12와 같은 전자 제품1,2,3의 중요한 특성이 되었습니다. ,13. 스크린 인쇄14,15, 잉크젯 인쇄16,17 및 전사 인쇄18,19,20와 같은 인쇄 전자 장치용 인쇄 기술은 저렴한 비용과 넓은 면적으로 인해 광범위하게 개발되고 연구되었습니다. 성숙한 디지털 제어 기술인 잉크젯 프린팅은 비접촉 인쇄22와 패턴 설계성23의 특징을 가지며 전도성24,25,26, 반도체27,28 및 유전체29,30 재료의 인쇄에 널리 사용됩니다. 잉크젯 인쇄 기술에서 연속 잉크젯은 항상 잉크를 낭비하며 에어로졸 제트 및 전기 유체 역학 제트33을 갖춘 고급 잉크젯 프린터는 소규모 정제 패턴에 특화되어 있습니다. 인쇄 규모, 효율성 및 비용을 고려할 때 기존 DOD(Drop-On-Demand) 잉크젯 프린터는 인쇄 전자에 매우 적합합니다. 그러나 국방부 잉크젯으로 패턴을 제작하는 데에도 몇 가지 문제가 있다. 개별 물방울은 경사 윤곽선을 따라 정확하게 배열될 수 없으며 가장자리가 고르지 않으면 이방성 패턴 및 기타 잠재적인 문제가 발생합니다. 인쇄 가능성과 패턴 해상도 사이에도 충돌이 있습니다. 상대적으로 낮은 접촉각은 잉크의 인쇄성을 향상시키지만 액적 면적이 증가하면 패턴 해상도에 영향을 줍니다.

위에서 언급한 문제로 인해 잉크젯 인쇄 전자 장치의 광범위한 사용이 제한되었습니다. 또한 점도 및 표면 장력과 같은 잉크의 물리적 특성도 패턴 형성에 영향을 미칩니다. 주어진 기능성 소재에 대해 다양한 유형의 용매를 고려할 수 있으며, 용매 선택은 중요한 문제입니다. 위의 문제를 해결하기 위해서는 액적의 형태적 형성 규칙을 체계적으로 연구해야 하며, 수치 시뮬레이션은 이 주제를 연구하는 데 적합한 방법입니다.

잉크젯 기술의 수치 시뮬레이션은 여러 연구자에 의해 수행되었습니다. Stringer와 Derby는 실험 데이터의 이론적 분석을 통해 여러 방울의 증착과 형성을 연구했으며 안정된 라인을 인쇄할 수 있는 방울 간격의 최대값과 최소값이 있음을 발견했지만 용매나 인쇄 빈도는 변경하지 않았습니다. Lee et al. 날카로운 인터페이스 레벨 설정 방법을 사용하여 액적 충돌 및 유착 역학을 수치적으로 조사했으며 전진 및 후퇴 접촉각이 이 과정에서 중요한 역할을 한다는 것을 설명했습니다. Zhang et al. 격자 볼츠만 모델41을 사용하여 여러 개의 증착된 액적 라인의 형태를 시뮬레이션하여 모든 유형의 인쇄된 라인을 얻었지만 인쇄 빈도의 영향을 연구하지는 않았습니다. 기존 연구에서는 잉크의 특성(충격 속도, 표면 장력, 점도)과 인쇄 매개변수(액적 간격)가 모두 인쇄 패턴에 영향을 미치지만 이러한 연구는 항상 인쇄 프로세스의 요소 중 일부만을 연구합니다. 질문은 아직 명확하지 않습니다. 따라서 우리는 본 연구에서 잉크 특성과 인쇄 매개변수의 영향을 체계적으로 연구하려고 노력하고 잉크젯 인쇄 전자 장치 제작을 위한 몇 가지 지침을 제시했습니다.

0, this piece of contact line moves forward, and if vcontline < 0, the contact line moves backward. Then, the dynamic contact angle θd is calculated by/p> θadv, the contact line should move forward, and the boundary condition is θadv. Similarly, if θd < θrec, the boundary condition is θrec. If θrec ≤ θd ≤ θadv, the force at the contact line is wetted and maintains its quasi-static state, and the boundary condition is θd. The frame of the UDF is shown in Fig. 2c, and the UDF works on every cell and is renewed every time step./p> 40°, droplets easily aggregate, and a smaller S is necessary to form a continuous line; thus, DL becomes larger. Therefore, 30° < θs < 40° is appropriate for fabricating thin single lines. Figure 7c draws the points in Fig. 7a and b together. Because the minimum DL/r is larger than the maximum S/r, these printing parameters can be used for fabricating patterns with multirow lines./p> θs1). When θd < θs2, the dynamic contact angle tends to be higher and contact line tends to move backwards, as discussed. As a result, high θs2 makes droplets thinner and longer./p>