運用微視流技術觀測壓電噴墨噴覆特性之研究

本文主要以微視流(μ-FV)技術觀測微尺度下壓電式噴墨頭之外流場，從液滴生成、演化、飛行、噴覆於矽晶凹槽等過程直至穩態成型，其中矽晶凹槽噴覆實驗就作者所知未曾見於先前文獻報導。本實驗利用調變電壓來達到液滴噴覆速度的改變，電壓變化範圍為16~31V，噴覆速度的變化範圍為6.2~7.0 m/s，液滴直徑為23μm，操作頻率為10 kHz，雷諾數的變化範圍為46.1~106.9，韋伯數則為14.3~34.1。為了更加符合工業上的製程（例如：彩色濾光片、平面顯示器等）應用，本實驗設計一個矽晶凹槽(長:49μm、寬:49μm、高:75μm)陣列來作為噴覆的基板，其底部為矽晶片，邊界為SU-8﹔所選用的工作流體包括商用墨水(文書列印)、生物試劑(生醫檢測)、Peo(印刷塗層) 、Pedot(平面顯示器)等不同應用之溶液，這些工作流體與矽晶片及SU-8邊界均為親水性質，接觸角的範圍分別為35°∼54°、15°∼75°。本實驗所變化之參數包括：噴覆速度、黏滯係數、表面張力、流體與邊界之接觸角，探討這些參數對噴覆穩態後的成型影響，並闡述其中相關之物理機制，俾找出可區分其不同噴覆特性之臨界值。經由本實驗的設計，不但可以使液滴準確地噴覆於凹槽中，而且針對現階段所採用之工作流體範圍，本實驗發現三種噴覆穩態後的成型（蒙古包狀近似圓、中空近似圓、液膜填滿整個凹槽），並以慣性力的量值（1.67×106、1.90×106）作為其區分特性之依據，再搭配數值模擬互相比較相符程度。在沒有SU-8邊界存在時，本實驗結果與前人在平板的研究結果類似；一旦邊界效應存在時，液膜在延展過程中受到SU-8親水性的影響，液膜只能藉由反彈的機制來達到填滿凹槽的目的，此時噴覆速度（慣性力）的大小就顯得相當重要，而本實驗也發現兩個臨界速度範圍（6.6 m/s、6.9~7.0 m/s）。值得一提的是表面張力扮演一個吸附流體聚集在SU-8邊界周圍的角色，與在平板時所扮演回縮的角色是完全截然不同的。然而流體與邊界的接觸角對穩態後的成型也相當重要，接觸角越小，彼此間的親水性越強，液膜更難填滿整個凹槽，然而在初始條件都固定的情況下，在工業製程上亦可適當地調整接觸角來達到填滿的目的。

關鍵字

噴覆；凹槽

參考文獻

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