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摘 要

RBaCo₂O_{5 δ}在众多领域有非常重要的应用价值，但是大多数的研究者都把关注点放在材料的选择和制备方面，鲜有关注到具体器件成型的方法。其实，通过喷墨打印生产可以实现这种材料大规模量产。我们以GdBaCo₂O_{5 δ}为代表，研究制备分散均匀的纳米陶瓷墨水的制备工艺。通过溶胶-凝胶法制备的GdBaCo₂O_{5 δ}陶瓷墨水前驱体，粒径分布窄、粒径小，符合喷墨打印要求。分别以乙醇和异丙醇作为分散介质，以柠檬酸铵、聚乙二醇、聚丙烯酸、柠檬酸铵和聚乙二醇作为分散剂，配制了8组陶瓷墨水，初步确定了分散介质和分散剂。进一步探究了球磨时间、筛目数、分散剂的用量对陶瓷墨水性能的影响，确定了墨水的最终配方。

关键词：陶瓷墨水 喷墨打印 钴基钙钛矿 双层钙钛矿 溶胶-凝胶法

Preparation and performance studies of printable GdBaCo₂O_{5 δ} inks

ABSTRACT

RBaCo₂O_{5 δ} has very important applications in many fields, but most researchers have focused on the selection and preparation of materials and little attention has been paid to specific methods of device forming. In fact, mass production of this material can be achieved through inkjet printing. We investigated the preparation of uniformly dispersed ceramic nano-ceramic inks using GdBaCo₂O_{5 δ} as a representative.GdBaCo₂O_{5 δ} ceramic ink precursors were prepared by sol-gel method with narrow particle size distribution and small particle size, meeting the requirements of inkjet printing. Eight groups of ceramic inks were formulated with ethanol and isopropanol as dispersion media and ammonium citrate, polyethylene glycol, polyacrylic acid, ammonium citrate and polyethylene glycol as dispersants, respectively, and the dispersion media and dispersants were initially identified. The effects of ball mill time, number of sieves, and amount of dispersant on the performance of the ceramic ink were further explored and the final formulation of the ink was determined.

Key Words: ceramic ink; inkjet printing; cobalt-based perovskite oxide; double-layered perovskite; sol-gel method

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1概述 1

1.2 纳米墨水的组成、制备和应用 2

1.2.1纳米墨水的组成 2

1.2.2纳米墨水的制备方法 3

1.2.3纳米墨水前驱体表面改性 4

1.2.4纳米墨水的应用 5

1.3 纳米墨水的物理化学性质 5

1.3.1分散性和稳定性 6

1.3.2粘度 6

1.3.3表面张力 7

1.3.4电解质和pH 7

1.3.5导电性 7

1.4 喷墨打印墨水的国内外研究进展 7

1.4.1国外研究进展 7

1.4.2国内研究进展 11

1.5 钙钛矿和双钙钛矿 13

1.5.1钙钛矿结构和性质 13

1.5.2双钙钛矿结构和性质 14

1.5.3双钙钛矿氧化物RBaCo₂O_{5 δ}研究进展 16

1.6 研究意义和思路设计 17

1.6.1研究意义 17

1.6.2思路设计 17

第二章 实验方案 18

2.1实验药品和试剂 18

2.2实验仪器 19

2.3表征手段和测试方法 19

2.3.1GdBaCo₂O_{5 δ}陶瓷墨水前驱体测试 19

2.3.2GdBaCo₂O_{5 δ}陶瓷墨水测试 21

2.4GdBaCo₂O_{5 δ}陶瓷墨水前驱体制备和墨水配方 22

2.4.1GdBaCo₂O_{5 δ}前驱体样品制备 23

2.4.2墨水配方设计和工艺选择 24

第三章 方案预测 25

3.1 GdBaCo₂O_{5 δ}陶瓷墨水前驱体 25

3.1.1 物相和成分预测 25

3.1.2 形貌和粒径预测 25

3.1.3 电学性能预测 25

3.1.4 热稳定性预测 26

3.2GdBaCo₂O_{5 δ}陶瓷墨水 26

3.2.1 陶瓷墨水粒径测试 26

3.2.2陶瓷墨水粘度预测 26

3.2.3 陶瓷墨水表面张力预测 26

3.2.4陶瓷墨水稳定性预测 26

3.3喷墨打印测试 27

第四章 结论预测 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1概述

喷墨打印技术自20世界70年代兴起，作为一种数字信息化技术，传统的喷墨打印技术被广泛应用于文档印刷、广告印制，具有快速、准确、廉价的特点。按照喷墨方式区分，喷墨打印技术分为两种：连续型喷墨打印（Continuous Inkjet,CIJ）和按需喷墨打印（Drop-on-Demand Inkjet,DOD）。按需喷墨打印有压电式和静电式和热敏式等类型，生产中常见的是压电按需喷墨打印机。压电按需喷墨打印的基本原理是：安装有压电材料的喷头受电信号的影响，产生不同程度的变形，从而控制墨滴的大小，满足千变万化的记录要求^[1,2]。

不过，除了传统的文档印制需求，近年来随着科研工作者的不断探索，喷墨打印技术在越来越多的行业都开始崭露头角，尤其是印刷电子品、陶瓷装饰品和生物医疗产品等领域，喷墨打印的研究和应用正如火如荼。随着通讯技术进步，柔性电子器件成为了研究的热点，从智能穿戴到先进医疗设备，大都和柔性电子息息相关。喷墨打印可以在高分子基板上印制所需电路，甚至显示屏的生产也能通过打印来实现，化刚为柔，从而满足未来人们对电子产品的柔性需求。在电路板方面，相较于光刻技术，喷墨打印通过控制墨水的物理化学性质和墨滴大小，就能以低廉的成本实现电路图形的绘制；对于陶瓷表面装饰而言，相对于丝网印刷和滚筒印花，，喷墨打印免去了工序复杂、并且对绘画技术水平要求较高的制版工艺，直接通过计算机将数字图文信号传递给喷墨打印设备，从而能迅速地完成产品的装饰，获得的产品质量均一性高于传统装饰技术。目前喷墨打印技术的研究正成上升态势，无论将来它被应用到了哪种领域，我们都不应为之感到震惊，然而，无论喷墨打印技术在哪一个领域被应用，都有一道坎儿是绕不过去的——墨水制备。在特定行业应用就需要因地制宜地制备相关的打印墨水，这是喷墨打印能得以充分应用的关键。

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