EHD（Electrohydrodynamic，电流体动力学）喷墨打印是一种利用电场力驱动墨水形成微纳尺度图案的高精度增材制造技术，广泛应用于柔性电子、生物医疗、光学器件等领域。以下是其核心原理、特点及应用：
### **1. 基本原理**
- **泰勒锥形成**：在喷嘴与基材之间施加高压电场（通常为0.1~4千伏），墨水在电场作用下形成“泰勒锥”（Taylor cone）。当电场力超过墨水表面张力时，锥尖会喷射出微细射流（直径可小至亚微米级）。
- **喷射模式**：分为**液滴模式**（不连续喷射）和**射流模式**（连续喷射），后者可通过调控电压实现更高分辨率（<1μm）。
- **材料沉积**：带电液滴在电场引导下精准沉积到基材表面，形成复杂微纳结构。
**2. 技术特点**
- **超高分辨率**：突破传统喷墨打印限制，可实现亚微米至纳米级图案（如线宽0.5μm），适用于高精度器件制造。
- **材料兼容性强**：支持金属（银、铜）、聚合物（PEDOT:PSS、PCL）、纳米材料（石墨烯、碳纳米管）及高粘度墨水（0.5~10,000 cps）。
- **非接触式加工**：无需精密喷嘴，避免堵塞问题，适合异形基材（如柔性PET、3D曲面）。
- **多材料/多喷头集成**：通过多喷头阵列可实现多材料同步打印，提升生产效率（如同时打印绝缘层、半导体层和电极）。
*3. 关键技术与挑战**
- **电场干扰**：多喷头系统中，相邻喷头电场易相互干扰，需通过优化喷头间距、电压波形或引入绝缘屏障抑制串扰。
- **高频喷射**：传统EHD打印频率受限于液面毛细波（通常<1 kHz）。最新研究（如MVEHD技术）通过电场振荡液面，将喷射频率提升至兆赫兹级，显著提高打印速度。
- **残余电荷控制**：在绝缘基材上打印时，积累的电荷会导致射流失稳。黄永安团队提出“极化驱动打印”（PDE-printing），通过介电纳米颗粒层加速电荷消散，实现300 nm级高精度3D打印。
- **设备依赖**：高电压放大器（如ATA-7000系列）是驱动电场的核心组件，需精确控制电压波形以稳定喷射过程。
**4. 主要应用领域**
- **柔性电子**：制备高分辨率电极、传感器（如MEMS气体传感器）、有机薄膜晶体管（OTFT）及柔性电路。
- **光学器件**：Micro-LED像素点打印（红绿量子点）、可调谐透镜（如基于介电弹性体的仿生镜头）。
- **生物医疗**：组织工程支架（定向纤维结构模拟细胞外基质）、药物递送系统及生物传感器。
- **能源与环保**：太阳能电池电极、高效过滤器（如纳米纤维膜）及催化材料。
- **显示技术**：高密度像素阵列
### **1. 基本原理**
- **泰勒锥形成**：在喷嘴与基材之间施加高压电场（通常为0.1~4千伏），墨水在电场作用下形成“泰勒锥”（Taylor cone）。当电场力超过墨水表面张力时，锥尖会喷射出微细射流（直径可小至亚微米级）。
- **喷射模式**：分为**液滴模式**（不连续喷射）和**射流模式**（连续喷射），后者可通过调控电压实现更高分辨率（<1μm）。
- **材料沉积**：带电液滴在电场引导下精准沉积到基材表面，形成复杂微纳结构。
**2. 技术特点**
- **超高分辨率**：突破传统喷墨打印限制，可实现亚微米至纳米级图案（如线宽0.5μm），适用于高精度器件制造。
- **材料兼容性强**：支持金属（银、铜）、聚合物（PEDOT:PSS、PCL）、纳米材料（石墨烯、碳纳米管）及高粘度墨水（0.5~10,000 cps）。
- **非接触式加工**：无需精密喷嘴，避免堵塞问题，适合异形基材（如柔性PET、3D曲面）。
- **多材料/多喷头集成**：通过多喷头阵列可实现多材料同步打印，提升生产效率（如同时打印绝缘层、半导体层和电极）。
*3. 关键技术与挑战**
- **电场干扰**：多喷头系统中，相邻喷头电场易相互干扰，需通过优化喷头间距、电压波形或引入绝缘屏障抑制串扰。
- **高频喷射**：传统EHD打印频率受限于液面毛细波（通常<1 kHz）。最新研究（如MVEHD技术）通过电场振荡液面，将喷射频率提升至兆赫兹级，显著提高打印速度。
- **残余电荷控制**：在绝缘基材上打印时，积累的电荷会导致射流失稳。黄永安团队提出“极化驱动打印”（PDE-printing），通过介电纳米颗粒层加速电荷消散，实现300 nm级高精度3D打印。
- **设备依赖**：高电压放大器（如ATA-7000系列）是驱动电场的核心组件，需精确控制电压波形以稳定喷射过程。
**4. 主要应用领域**
- **柔性电子**：制备高分辨率电极、传感器（如MEMS气体传感器）、有机薄膜晶体管（OTFT）及柔性电路。
- **光学器件**：Micro-LED像素点打印（红绿量子点）、可调谐透镜（如基于介电弹性体的仿生镜头）。
- **生物医疗**：组织工程支架（定向纤维结构模拟细胞外基质）、药物递送系统及生物传感器。
- **能源与环保**：太阳能电池电极、高效过滤器（如纳米纤维膜）及催化材料。
- **显示技术**：高密度像素阵列
