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北工大《Small》:在喷墨打印油溶性纳米颗粒自组装微阵列的形貌控制方面取得重要进展
2023-05-19  来源:高分子科技

  喷墨打印(Inkjet printing)是一种非接触式的微米级印刷技术,可通过直接喷射微米尺寸的液滴在柔性或硬质基底上实现。喷墨打印技术能够精密控制墨水沉积体积和位置,有着易图案化、可集成、材料利用率高、高产量等优点,在印刷光电子和化学、生物检测领域具有重要应用前景。


  镧系元素掺杂纳米颗粒由于具有斯托克斯位移大、色纯度高、寿命长、光稳定性好等优异的光学特性,已经被用于制备安全墨水,通过模板诱导自组装、丝网印刷、喷墨打印等途径制备多样化图案,在防伪应用中发挥着重要作用。但是,合成的纳米颗粒表面具有油酸等有机配体用于抑制激发态淬灭,因此在制备墨水时纳米颗粒一般需要溶解于非极性溶剂中,这就导致形成的表面能较低的液滴在很多基底(例如玻璃、硅片、铝箔、纸基等)上易于铺展,且基底对液滴的粘附性较大,不利于液滴的收缩,造成沉积形貌无规、尺寸较大的问题。近日,北京工业大学翟天瑞教授团队与中科院化学研究所宋延林研究员课题组合作,在喷墨打印油溶性纳米颗粒自组装微阵列的形貌控制方面取得重要进展。


  研究团队通过控制液滴在基底上的收缩和蒸发过程中液滴内部溶质流动,选择合适的溶剂组成,在PDMS基底上喷墨打印制备了形貌可控的纳米颗粒自组装微阵列;结合镧系掺杂纳米颗粒的可调谐光响应荧光特征,实现了光谱、形貌多模态编码的防伪图案;由于纳米颗粒和基底的折射率相近,打印图案在自然光下能够被有效隐藏,只有在近红外激光激发下才能够选择性显示图文信息。此外,通过调控液滴融合制备了具有“竹节”等形貌的连续线条阵列,最终实现了点直径小于5 μm、线条宽度小于10 μm的形貌可调的微阵列图案。相关成果以“Nonpolar Solvent Modulated Inkjet Printing of Nanoparticle Self-Assembly Morphologies”为题发表于Small(DOI: 10.1002/smll.202208161)。该项工作得到了国家自然科学基金(52203252, 61822501, 91963212, 51961145102)、北京市自然科学基金(Z180015)、国家重点研发计划(2018YFA0208501)等项目资助。北京工业大学为论文第一单位,郭丹副教授为第一作者,翟天瑞教授和宋延林研究员为共同通讯作者。

 

墨水的溶剂组成和纳米颗粒浓度影响喷墨打印沉积的尺寸和形貌。

 

喷墨打印制备具有可设计形貌的微阵列和激发响应的上转换发光图案。


  原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202208161

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