面向印刷显示制造的液滴体积控制研究开题报告

全文总字数：8419字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1印刷电子技术

印刷电子（printedelectronics）是利用传统的印刷技术，将无机/有机材料转移到基板上形成无源元件、有源元器件及导线，制造电子器件与系统的科学与技术，基于印刷电子相较于传统硅基微电子，具有打印面积大、柔性化、轻薄、低成本的优点, 在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性显示器、薄膜太阳能电池、印刷rfid等，如图1所示。根据idtechex预测，2026年印刷电子市场规模将达3000亿美元，是各个国家争先抢占的科技制高点，同样我国政府高度重视柔性电子领域研究，国家自然科学科学基金“十二五”规划将印刷电子制造作为主要发展方向之一。

印刷显示技术是印刷电子较接近应用的一个方向，采用喷墨打印的方式，将含有发光材料或者反射材料的墨水通过印刷喷墨设备的多个喷头精准打印在所需要的像素显示位置，控制溶剂挥发和干燥获得高质量的显示材料薄膜，经过多次印刷、干燥成膜、烘烤等工艺循环获得由多层功能薄膜叠加形成的器件，以实现显示器制造。因其具有柔性、成本低、轻薄、面积大、节约能源等特点，已成为未来新型显示的发展方向。而印刷显示技术中，最为关键的是印刷显示工艺技术的开发^[1-2]。在喷墨印刷工艺过程中，按照需要挤出的墨滴体积，通过精准的电压控制使压电板产生变形，从而使墨腔体积发生变化，产生负压将墨水挤出喷墨头，随后给予反向电压形成液滴并减小对下一次滴液的影响，挤压力的大小决定着墨滴体积，压力过大则导致喷头泄露、挂液等问题，过小则无法顺利喷出，因此精确地控制压力大小是技术的核心要点之一。

2. 研究的基本内容与方案

本文研究的基本内容是利用FLUENT计算流体动力学软件，搭建打印喷头工作状态模拟环境，在Fluent中建立打印喷头的数学模型，同时使用MATLAB软件生成脚本文件，并运行此文件调用ANSYS-Fluent软件进行有限元仿真^[20]。

目标是使用MATLAB生成的脚本文件和智能优化算法生成可供Fluent调用的压力边界配置文件，并根据仿真结果反馈优化。

拟采用的技术方案及措施

（1）对喷墨打印挤压环境进行详细分析，总结液滴形成需要的压力特征，从液滴的被挤压到形成的状态进行分析，包括压力方程、动量方程，以及分析墨水特性对墨滴喷射的影响。

（2）建立模拟压电喷印的喷头数学模型，根据所选液体特性，设计不同尺寸，使用MATLAB设定压力边界，包括正电压幅度 V1，正电压持续时长 T1，正电压上升下降时间Tr1、Td1，负电压幅度 V2，负电压持续时长 T2，负电压上升下降时间Tr2、Td2，正电压与负电压时间间隔Ts，分别针对多种材质墨水，进行仿真分析。

（3）对波形设计方法做出总结，从驱动波的各个参数方面（幅值、极性、保持时间、上升沿下降沿、占空比）进行理论分析，利用对比试验得出影响参数的权重，研究关于参数权重的模型。

（4）得出Ansys-Fluent仿真结果，根据预设评价标准得出适度值，返回MATLAB，使用智能算法根据返回的适应度值以及当前的波形驱动参数矢量，生成下一代优化边界条件，驱动下依次循环，直至满足条件。

（5）针对不同种材质墨水得出的结果进行对比，综合分析针对全新墨水高效得出最佳调节参数。

3. 研究计划与安排

第一到三周完成外文翻译，文献综述和开题报告。

第四到六周完成ansys fluent模型搭建以及网格划分要求。

第七到九周完成matlab智能算法，用于生成脚本条件

4. 参考文献（12篇以上）

[1]闫晓林.印刷显示关键技术与发展[j]. 光电子技术, 2018.38（04）

[2]郑华. 印刷电子技术在 oled 显示器件中的应用[j]电子技术与软件工程，2019（23）92-93

[3]魏宏芳.压电喷墨打印头驱动器结构优化与波形设计[d].大连：大连理工大学，2017：1-64