碳納米管微氣泡發(fā)生器的電熱性能及氣泡動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、近年來，噴印技術(shù)在一些大面積的器件(例如柔性顯示器)制備上的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。熱噴印技術(shù)是基于微氣泡發(fā)生器的一種簡易的噴印技術(shù)。以碳納米管(Carbon Nanotube，簡稱“CNT”)作為微氣泡發(fā)生器中的加熱元件，利用碳納米管中的高密度焦耳熱，可在微氣泡發(fā)生器中產(chǎn)生直徑僅為微米量級(jí)的氣泡，其所需的功耗比典型的基于金屬或多晶硅微氣泡發(fā)生器小1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。精確控制微氣泡是碳納米管

2、微氣泡發(fā)生器在噴印系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵，進(jìn)行有關(guān)微氣泡產(chǎn)生的熱工程分析和微流體方面的研究十分重要。
　　 本文分別以單根碳納米管和碳納米管束作為加熱元件建立了工作在液體環(huán)境下的碳納米管微氣泡發(fā)生器的有限元模型，利用有限元分析軟件ANSYS對微氣泡發(fā)生器的電熱特性進(jìn)行了模擬分析，研究了碳納米管微氣泡發(fā)生器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)與其電熱性能之間的關(guān)系。模擬結(jié)果表明基于碳納米管束的微氣泡發(fā)生的電熱性能優(yōu)于單根碳納米管的；電極厚度和電極間距的

3、變化對微氣泡發(fā)生器的功耗影響較大，掩膜層厚度對微氣泡發(fā)生器的功耗影響較?。惶技{米管產(chǎn)生相同的中心溫度，電極越厚，微氣泡發(fā)生器的功耗越大；掩膜層越厚，微氣泡發(fā)生器的功耗越大；CNT熱導(dǎo)率越低，掩膜層熱導(dǎo)率越低，功耗越低；當(dāng)材料參數(shù)和其他結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的情況下，微氣泡發(fā)生器的功耗與電極間距的關(guān)系可擬合為二次多項(xiàng)式關(guān)系，即存在一個(gè)理想的電極間距使微氣泡發(fā)生器的功耗最低，為器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了依據(jù)。本文還對微氣泡成核前和微氣泡產(chǎn)生后的微流體溫度