机械拉力与交流电协同调控的微纳打印技术

本文介绍了一种面向柔性电子制造的创新打印技术——机械牵引力与交流电协同调制电液动力学打印（MAC-EHD）。该技术专为解决高粘度导电浆料（如含85%银纳米颗粒、粘度达200 Pa·s的纳米银浆）在绝缘柔性基底（如云母）上难以高精度成形的难题而设计。传统电液动力学（AC-EHD）打印受限于材料粘度（通常仅适用于1–10,000 cP），而高粘度银浆易出现拖尾、边缘飞溅、结构失真等问题，导致微米级精细图案难以实现。MAC-EHD技术的核心突破在于：一是引入可控机械牵引力（通过精密位移平台调节基板运动速度与喷嘴距离），与交变电场力协同作用，主动拉伸并细化喷嘴与基底间的液态‘液桥’，从而绕过喷嘴物理尺寸限制，实现亚喷嘴尺度特征（30–150 μm线宽）的稳定沉积；二是采用交变电场驱动银浆内部电子与阳离子定向迁移，实现电荷的‘原位中和’，从根源上抑制残余电荷积聚引发的电场畸变，大幅提升打印过程稳定性与微结构形貌保真度。

为克服MAC-EHD工艺参数（电压幅值、频率、占空比、喷嘴-基底距离、打印速度、背压共6个关键参数）之间强耦合、非线性带来的调控困难，研究团队构建了基于‘人工旅鼠算法（ALA）优化的神经网络（ANN）’的智能预测模型。该模型有效避免了传统ANN易陷入局部最优的缺陷，训练集与测试集预测准确率分别达98.11%和94.67%。基于此模型，研究人员绘制出完整的‘工艺状态图’，清晰标定出五种典型打印模式（I–V）的转化边界，并精准锁定实现稳定连续液桥（即最优的‘模式II’）所需的工艺窗口。例如，在2.6 kV电压、500 Hz频率、55%占空比、230 μm距离、4 mm/s速度、35 kPa背压条件下，即可获得高质量打印效果；参数偏离此窗口则易导致液桥断裂、鞭状抖动或离散液滴飞溅等失败模式。

利用该技术，研究团队成功在云母基底上批量制备高性能柔性透明导电面板（FTCP），包括柔性透明电极（FTE）和柔性透明频率选择表面（FTFSS）。其中FTE展现出卓越综合性能：线宽30 μm、周期1500 μm的银网格电极，在保持高透光率的同时，方阻低至0.138 Ω/□；经12,000次反复弯折后，方阻变化率仍小于5%，证明其优异机械可靠性；在5.5 V驱动电压下，35×35 mm加热区稳态温度可达502.1°C，且经历多次升降温循环与3330秒连续运行后性能无衰减。其综合性能指标（优值FoM=3961.775）优于现有同类器件。FTFSS在15.304 GHz处实现−38.360 dB的电磁波抑制深度，与仿真结果偏差仅1.5 dB以内，证实了高精度图案化能力。综上，MAC-EHD技术不仅攻克了高粘度功能浆料在绝缘柔性基底上的高分辨、高保真、高稳定打印难题，更提供了面向可穿戴电子、航空航天温控器件、自适应隐身系统等前沿领域的先进增材制造新路径。