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用于噴墨打印的具有長期分散穩(wěn)定性的 Cr2O3 基油墨的一步制備

更新更新時間:2021-11-11      點(diǎn)擊次數(shù):2528

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前言

功能材料的噴墨打印在廣告、OLED 顯示器、電子印刷和其他需要高精度、無掩模、直寫沉積技術(shù)的專業(yè)用途中顯示出廣泛的應(yīng)用。然而,分散在油墨中的功能材料的沉降風(fēng)險限制了其進(jìn)一步實(shí)施。

氧化鉻 (Cr2O3) 是一種高性能耐火、耐磨、耐腐蝕無機(jī)材料,可用于模擬綠葉的太陽光譜反射特性以達(dá)到目的。應(yīng)用以 Cr2O3 為顏料的噴墨打印技術(shù)可以顯著簡化從設(shè)計(jì)到涂覆新迷彩圖案的過程并降低成本。然而,Cr2O3 的噴墨打印卻顯見報(bào)道,因?yàn)榛诮饘傺趸镱w粒的墨水分散穩(wěn)定性差,容易結(jié)塊和沉淀,導(dǎo)致打印時噴嘴堵塞。

在顏料油墨制備的步驟中,顏料被研磨至納米級并使用如樹脂、分散劑等助劑分散到溶劑中(自上而下的方法)。該類油墨沉降的風(fēng)險主要是由于固體顏料顆粒在系統(tǒng)中是人為分散而不是原位生成造成的。為了克服這個問題,該論文提出了自下而上制備顏料油墨,通過控制生長反應(yīng),從而可以一步原位制備具有長期分散穩(wěn)定性的油墨。


2 樣品和測試

2.1 樣品:傳統(tǒng)法自上而下制備的球磨Cr2O3油墨,一步低溫溶劑熱法自下而上制備的膠體Cr2O3油墨(如Fig.1)。

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Fig.1 膠體Cr2O3油墨

2.2 測試條件:LUMiSizer,4000rpm,25℃ ,5h


實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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Fig.2(a)球磨Cr2O3油墨和(c)膠體Cr2O3油墨的透光率圖譜。(b) 離心后球磨Cr2O3油墨(左)和膠體Cr2O3油墨(右)的光學(xué)圖像。(d)球磨Cr2O3油墨(紅色虛線)和膠體Cr2O3油墨(藍(lán)色點(diǎn)線)的不穩(wěn)定性指數(shù)。

橫坐標(biāo)對應(yīng)樣品管的位置,左邊是樣品管的頂部,右邊是樣品管的底部;縱坐標(biāo)是透光率數(shù)值。譜線從初始譜線(紅色)到結(jié)束譜線(綠色)隨著時間的變化過程。Fig.2(a)中球磨Cr2O3油墨具有較低的初始透光率(接近2%),且未觀察到明顯的相分離界面。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,樣品頂部的透光率逐漸增加到90%,并且相界面由左向右移動,最終穩(wěn)定在128mm處,直至測試完成,模擬了從均相到*分離的全過程。相比之下,在Fig.2(c)中,膠體Cr2O3油墨的圖譜在測試過程中相對穩(wěn)定。測試完成后的樣品如Fig.2(b)所示。從以上結(jié)果推測,從這些結(jié)果可以看出,該膠體Cr2O3墨水1年內(nèi)避免沉淀并保持其均勻性。

Fig.2(d)顯示了球磨Cr2O3油墨(紅色虛線)和膠體Cr2O3油墨(藍(lán)色點(diǎn)線)的不穩(wěn)定性指數(shù),該指數(shù)的值是一個介于0(非常穩(wěn)定)和1(非常不穩(wěn)定)之間的數(shù)。球磨Cr2O3油墨在大約4000s時不穩(wěn)定指數(shù)約為1,體系分離*,等效的自然時間約為 100 天。然而,膠體墨水在1年多的模擬過程中具有不穩(wěn)定性指數(shù)幾乎為0。


結(jié)論

通過該一步低溫溶劑熱法制備的膠體Cr2O3油墨在等效自然沉降試驗(yàn)下可在約1年的時間內(nèi)保持穩(wěn)定,由乙醇和乙酰丙酮封端的非晶型Cr2O3顆粒時形成均勻穩(wěn)定膠體分散體的主要原因。與傳統(tǒng)的自上而下制造工藝相比,該實(shí)驗(yàn)使用的一步自下而上制備方法降低了顏料印刷油墨沉淀的主要風(fēng)險,為制備具有長期分散穩(wěn)定性的金屬氧化物基顏料油墨提供一種通用方法。



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