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火影忍者漫画中文网:俄科學家發布加強版噴墨打印全息圖像技術 更穩定耐

中國油墨人才網迅:近年來,使用功能性納米粒子進行噴墨印刷的技術獲得了很大的發展。其中發光納米粒子由于擁有諸多優點,如毒性小、折射率高、可大量生產等,在光子學、微觀學以及生物成像等領域可實現很多應用。例如,發光粒子可被用于生產生物傳感器、癌細胞可視化,以及安全印刷技術等。然而,從實驗室的研究成果放大到大規模工業實施,需要采取一些特殊的策略來確保長期存儲時能夠維持正確的功能性和可靠的穩定性。

近日,來自俄羅斯圣彼得堡國家信息技術、機械與光學研究大學(ITMO)的科學家們宣布開發了一種新型墨水,可以解決上述問題。這種墨水是基于納米顆粒制作,他們還進行了一系列實驗,將這種墨水用于在發光?;と⑼己頭牢蔽鍰逕嫌∷⒌ゲ?,結果表明具有很好的穩定性和耐久性。相關研究成果發表在近期的Nanoscale期刊上。("Inkjet Fabrication of highly efficient luminescent Eu-Doped ZrO2 Nanostructures")

ITMO大學的研究人員通過摻銪氧化鋯來實現這種具有獨特光學性質的墨水,更為重要的是,他們開發的這種技術能夠通過普通的噴墨打印機來制作定制的全息圖。



在各種表面上的進行打印的實例(©RSC)

研究人員在論文中詳細描述了這種墨水的制備和操作過程:

銪摻雜的二氧化鋯納米顆粒的制備

研究人員采用了非水溶膠-凝膠法,通過控制合適的溫度、合成時間、溶劑來合成出形態嚴格分布的二氧化鋯納米顆粒。具體的,他們在45mL特氟隆燒杯中將丙酸氧鋯(IV)(70%正丙醇)溶于無水芐醇(BnOH)中。對于摻雜的樣品,在加入Zr前驅體之前,將預先溶解在BnOH中的0.7mmol的銪乙酸酯與溶劑混合。使用前驅體的總量為6.42mmol,混合物的總體積為20mL。將密封的特氟隆燒杯放入鋼制高壓釜中。將裝有不同樣品的高壓釜在220℃的爐中分布加熱48、72和144小時。將得到的透明懸浮液中的乳狀沉淀物用乙醇充分洗滌至少三次,并分離。將一部分沉淀物在室溫下干燥以進行進一步分析,另一部分(濕)用于制備水溶膠。在獲得穩定溶膠的過程中,將1mL乙酸加入到上述濕沉淀物和5mL去離子水中。乙酸起到質子供體的作用并分解超晶格。將該混合物在磁力攪拌器上進一步攪拌2分鐘,即直到所有沉淀物變成溶膠并且溶液變得透明。

 
酸性處理前后Eu摻雜的ZrO2納米顆粒的照片(©RSC)

墨水的制備

將前述所得的溶膠在真空干燥器中進行部分蒸發3小時,以增加納米顆粒的濃度并降低酸含量。將1mL蒸發后的溶膠與3mL乙二醇混合以增加粘度。此外,還加入10μL含氟表面活性劑DX4010N以降低油墨中的表面張力。所獲得的油墨具有約30mN·m-1的表面張力和9.5cP的粘度,與Dimatix牌打印機十分匹配。

噴墨打印

將打印機標準液體彎液面的值設定為4,而打印頭的溫度設定為28℃。設定在印刷時間內每120秒定期進行一次印刷頭的清潔程序。對于樣品的打印,僅使用一個噴墨頭。液滴產生的頻率為1kHz。將待打印的基體固定在打印機的真空工件臺上,并用異丙醇徹底清洗以除去任何殘留物。使用1mm厚度的顯微鏡玻璃、等離子體活化全息膜以及1000俄羅斯盧布的鈔票作為基體。此外,為了墨水的穩定、快速干燥以及咖啡環效果的控制,打印階段的溫度控制在45℃。

“銪摻雜的二氧化鋯是一種已經被全世界各地的研究人員研究和使用了幾十年的材料。但是我們研究的獨特之處在于,我們使用這種材料來?;げ屎縟⑼嫉謀礱?。為此,我們必須獲得這種材料的特定參數。尤其是,這種墨水中所含納米顆粒的尺寸必須接近相同,而決定材料粘度的流變學參數也有嚴格的要求,否則墨水就會不合適噴墨打印。我們的目標是將最初在試管中合成的材料轉化成可以印刷并應用于任何表面的穩定的膠體。我們的研究描述了制備這種功能性墨水的確切過程?!盇lexandr Vinogradov,該研究的合作者、ITMO大學生物化學研究組的研究與負責人對該技術評論道。

早在2015年,該團隊就開發了世界上第一種使用噴墨打印機打印全息圖像的方法。當時,該團隊使用的是基于二氧化鈦的墨水。此次,這種新墨水最有前景的應用領域之一就是安全印刷,如紙幣、債券以及防偽文件的印刷制造。與現有技術不同,這種新方法可以在工業規模上創建各種各樣的全息圖,例如在需要?;さ奈牡瞪嫌∷⑻囟ǖ耐及富蚴中蛄?。

作者還指出,該產品已做好實際應用的準備。這種墨水與現有的打印頭兼容,可通過現有的制造設備進行實施。