香港科技大学（HKUST）的研究人员展示了使用静电圆盘微印刷技术生产压电元件。这些元件可用于传感、驱动、催化和能量收集。
《自然通讯》最近的一项研究详细介绍了这种方法，它克服了现有技术的局限性，这些技术难以实现高生产率和对各种基材上纳米粒子、薄膜和图案的结构和特征尺寸的精确控制。
静电圆盘微型打印机装置示意图。（图片来源：香港科技大学）
这项技术的核心在于利用墨水中液-气界面的不稳定性，这一概念于 1917 年首次被观察到。当时人们注意到，强静电场可能会破坏微流体界面的稳定性，形成泰勒锥体。当流体带电超过瑞利极限时的形状。这种在自然界和各种应用中发现的静电驱动的锥形喷射现象激发了许多打印策略，包括电喷雾、静电纺丝和液滴聚焦打印，与 MEMS 和互补金属氧化物半导体制造技术兼容。
静电圆盘微印刷在制造锆钛酸铅独立式纳米颗粒、薄膜和微图案方面表现出了卓越的能力。生产的锆钛酸铅薄膜表现出 560 pm V^−1 的高压应变常数，大大超过现有标准。这种新方法可以实现高达每秒 10^9 立方微米的沉积速度，该速度比当前技术快一个数量级。此外，它还展示了打印一系列材料的多功能性，从介电陶瓷和金属纳米颗粒到绝缘聚合物和生物分子，使其成为电子和生物技术应用的有前途的工具。该方法不限于二维，它可以在 3D 轮廓表面上进行打印，特征高度取决于沉积层的数量。
静电盘微印刷的引入解决了压电材料制造领域长期存在的挑战，特别是在多功能性、批量生产、加工温度、结构紧凑性和成本效益方面。丝网印刷和光刻/化学蚀刻等传统方法通常需要高烧结温度和复杂的加工条件，在与柔性基板的兼容性和对特征尺寸的控制方面存在缺陷。
打印过程示意图，以及打印部件的各种照片和SEM图像。（图片来源：香港科技大学）
香港科技大学机械及航空航天工程学系副教授杨正宝教授表示：“我们的微型打印机具有打印介电陶瓷、金属纳米颗粒、绝缘聚合物和生物分子等多种材料的能力。”
“它拥有现有压电微米厚薄膜技术中最快的速度，并且与市场上现有的薄膜相比，我们生产的 PZT 薄膜表现出优异的压电性能。这种新的、经济实惠的精密打印模型具有可在约 20 μm 处测量的特征，肯定会给科学界的许多人带来好处，并将带来许多以前认为不可能的突破。”
使用压电材料的 3D 打印看起来很有前途，其中静电圆盘微印刷将发挥关键作用。其速度、多功能性和效率开辟了新的创新途径，特别是在 MEMS、可穿戴电子产品和物联网领域。业界可以期待复杂材料印刷技术的进一步进步，从而提高电子及相关领域制造工艺的效率和多功能性。
完整的研究论文题为“用于压电元件的快速且多功能的静电圆盘微印刷”，可以在《自然通讯》杂志上找到。
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