發(fā)布時(shí)間:2023-09-27 09:25:49
序言:寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁,我們?yōu)槟x了8篇的絲網(wǎng)印刷方法樣本,期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā),請(qǐng)盡情閱讀。
【關(guān)鍵詞】絲網(wǎng)印刷教學(xué) 高新技術(shù) 應(yīng)用
絲網(wǎng)印刷逐步從傳統(tǒng)的領(lǐng)域進(jìn)入科技的領(lǐng)域,許多科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目中,開始采用絲網(wǎng)印刷來(lái)進(jìn)行高新技術(shù)的研究,如果絲網(wǎng)印刷教學(xué)不隨著技術(shù)的發(fā)展及時(shí)更新內(nèi)容,就會(huì)造成教學(xué)與實(shí)際現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的脫節(jié),培養(yǎng)的學(xué)生無(wú)法適應(yīng)市場(chǎng)的要求,不利于絲網(wǎng)印刷行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。從目前的情況來(lái)看,絲網(wǎng)印刷在高新技術(shù)中具有巨大的利用空間,可以提高印刷的質(zhì)量,加快印刷的速度,從而有效的帶動(dòng)整個(gè)印刷行業(yè)的發(fā)展。當(dāng)今,絲網(wǎng)印刷在高新技術(shù)的應(yīng)用主要有下面幾種。
1.太陽(yáng)能電池為主的電器
太陽(yáng)能電話主要以太陽(yáng)為能源,在電話的頂端裝上接收板,接收板主要接收太陽(yáng)能,可以不間斷的給電池充電,使用者的聲音通過(guò)無(wú)線電波輸入附近的電話交換機(jī),然后通過(guò)各地電話通信網(wǎng)傳播出去。太陽(yáng)能電話的耗電量與普通的電話相比,耗電量相當(dāng)?shù)汀?/p>
太陽(yáng)能冰箱內(nèi)部裝有溫度調(diào)節(jié)器,可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)箱內(nèi)的溫度。國(guó)外研制出一種倉(cāng)庫(kù)用的大型太陽(yáng)能冰箱, 上部裝的拋物線鏡面將陽(yáng)光集中在半導(dǎo)體網(wǎng)孔上, 把光轉(zhuǎn)換成電流, 箱內(nèi)溫度保持在一定范圍內(nèi),達(dá)到較好的冷藏效果。
太陽(yáng)能電池以硫化鎘或啼化鎘作為半導(dǎo)體材料,在太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)中, 絲網(wǎng)印刷作為一種重要的手段,是整個(gè)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2.計(jì)算機(jī)鍵盤
當(dāng)前,計(jì)算機(jī)的使用在我國(guó)已達(dá)到了普及的程度,鍵盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的必要組成部分,具有重要的作用。通過(guò)鍵盤鍵入,使用者的要求就會(huì)通過(guò)鍵盤傳入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部,計(jì)算機(jī)執(zhí)行各種操作。鍵盤下面的傳遞操作者命令的電路正是絲網(wǎng)印刷在起著作用。
3.計(jì)算機(jī)直接成像制版
感光膠片在傳統(tǒng)彩色絲網(wǎng)印刷的分色網(wǎng)版制作中具有重要的作用,采用膠片拼版,放大膠片或投曬網(wǎng)版。這些方法對(duì)膠片的要求很高,精確度和線數(shù)高的膠片是分色網(wǎng)版制作的前提。制作膠片不但花費(fèi)大量的時(shí)間和金錢,而且質(zhì)量很難保證。
上世紀(jì)末,數(shù)字處理技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟,電腦無(wú)膠片直接制版也隨之產(chǎn)生,計(jì)算機(jī)直接制版技術(shù)在印刷領(lǐng)域得到了大量的運(yùn)用,在新技術(shù)的推動(dòng)下,絲網(wǎng)印刷業(yè)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。首先由計(jì)算機(jī)進(jìn)行版面掛網(wǎng)和光柵化處理,然后將版面信息點(diǎn)陣化,通過(guò)激光、噴蠟等多種成像技術(shù),直接將點(diǎn)陣復(fù)制到絲網(wǎng)版材上。絲網(wǎng)印刷的未來(lái)將朝著模版上直接成像的制版方向發(fā)展。
4.食物檢測(cè)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們生活水平的提高,對(duì)食物的質(zhì)量和安全性要求也隨之提高。只有在食物加工的時(shí)候進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)控制,才能不斷提高食品的質(zhì)量。因此,采取合適的食物檢測(cè)方法是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的方法有很大的局限性,已不能滿足現(xiàn)食物檢測(cè)的需要,必須采用先進(jìn)的技術(shù)?;谔蓟z網(wǎng)印刷電極的一次性電化學(xué)機(jī)器是一種新型的技術(shù),它的敏感性很高,響應(yīng)的速度很快,操作起來(lái)簡(jiǎn)單方便。對(duì)于食物結(jié)構(gòu)分析、食品添加劑的測(cè)定及食品衛(wèi)生檢測(cè)等方面,具有很重要的作用,在食品行業(yè)的應(yīng)用前景廣闊。一些食物中含有少量獸藥及農(nóng)藥,沒有精確的儀器是很難檢測(cè)出來(lái)的,而且,對(duì)于保護(hù)消費(fèi)者的身心健康,促進(jìn)我國(guó)食品出口貿(mào)易不斷增長(zhǎng)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。
它對(duì)食物進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候,需要少量的樣品即可,檢測(cè)的速度比較快,而且結(jié)果準(zhǔn)確。構(gòu)建高靈敏、廉價(jià)的獸藥和農(nóng)藥殘留檢測(cè)傳感器,將表達(dá)有與味蕾細(xì)胞相同甜味受體及甜味信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)因子的細(xì)胞培養(yǎng)于絲網(wǎng)印刷電極表面,通過(guò)細(xì)胞阻抗譜法檢測(cè)細(xì)胞群對(duì)味質(zhì)刺激的信號(hào)響應(yīng),利用信號(hào)處理可實(shí)現(xiàn)對(duì)單一甜味物質(zhì)的區(qū)分。
5.新型包裝
隨著包裝印刷業(yè)的發(fā)展,絲網(wǎng)印刷在包裝業(yè)的重要性日益凸顯。絲網(wǎng)印刷的墨層較厚,顏色很鮮艷明亮,印刷的產(chǎn)品立體感較強(qiáng),在印刷中可以利用特殊效果,使用多種防偽功能?,F(xiàn)代企業(yè)對(duì)包裝業(yè)的重視加強(qiáng),許多企業(yè)為了達(dá)到特殊的印刷效果,組合多種印刷工藝。尤其是印刷精度極高的輪轉(zhuǎn)網(wǎng)印單元配合柔性版印刷機(jī)的應(yīng)用,使印刷品達(dá)到完美的效果。這種方式可以在承印物上獲得金、銀等金屬效果和浮凸、磨砂效果。絲網(wǎng)印刷使包裝印刷業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域,它提高了包裝的藝術(shù)美感,無(wú)形之中增加了產(chǎn)品的附加值,增強(qiáng)了促銷效果。隨著設(shè)備、材料的改進(jìn)以及工藝技術(shù)的不斷完善,絲網(wǎng)印刷在包裝領(lǐng)域?qū)⒂懈蟮耐黄坪透玫陌l(fā)展。
6.結(jié)語(yǔ)
絲網(wǎng)印刷具有很強(qiáng)的適應(yīng)性,在高新技術(shù)中應(yīng)用的前景廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,絲網(wǎng)印刷將走向一條技術(shù)含量高的科學(xué)印刷之路。絲網(wǎng)印刷的發(fā)展需要印刷行業(yè)所有人員的共同努力,不斷創(chuàng)新,采用先進(jìn)的技術(shù),而且,在絲網(wǎng)印刷的教學(xué)中要注重高新技術(shù)的講解,這樣,才能培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀的絲網(wǎng)印刷人才,為絲網(wǎng)印刷技術(shù)的發(fā)展提供人力資源的保障。
【參考文獻(xiàn)】
[1]林其水.高新技術(shù)在絲網(wǎng)印刷中的應(yīng)用[J].工藝與技術(shù),2004,12(02):13.
生產(chǎn)晶體硅太陽(yáng)能電池最關(guān)鍵的步驟之一是在硅片的正面和背面制造非常精細(xì)的電路,將光生電子導(dǎo)出電池。這個(gè)金屬鍍膜工藝通常由絲網(wǎng)印刷技術(shù)來(lái)完成――將含有金屬的導(dǎo)電漿料透過(guò)絲網(wǎng)網(wǎng)孔壓印在硅片上形成電路或電極。典型的晶體硅太陽(yáng)能電池從頭到尾整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中需要進(jìn)行多次絲網(wǎng)印刷步驟。通常,有兩種不同的工藝分別用于電池正面(接觸線和母線)和背面(電極/鈍化和母線)的絲網(wǎng)印刷,見圖1。
多年來(lái),太陽(yáng)能絲網(wǎng)印刷設(shè)備在精度和自動(dòng)化方面有了很大進(jìn)步,具備了在微米級(jí)尺寸上重復(fù)進(jìn)行多次印刷的能力。這一發(fā)展開創(chuàng)了全新的先進(jìn)應(yīng)用,如雙重印刷和選擇性發(fā)射極金屬鍍膜。Baccini公司在20世紀(jì)70年代在微電子領(lǐng)域開發(fā)了絲網(wǎng)印刷技術(shù),并在20世紀(jì)80年代將這一技術(shù)擴(kuò)展到太陽(yáng)能金屬鍍膜領(lǐng)域。今天,Baccini公司已成為應(yīng)用材料公司Baccini集團(tuán),以多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)引領(lǐng)業(yè)界的發(fā)展。
2基本的太陽(yáng)能絲網(wǎng)印刷
印刷過(guò)程從硅片放置到印刷臺(tái)上開始。非常精細(xì)的印刷絲網(wǎng)固定在網(wǎng)框上,放置在硅片上方;絲網(wǎng)封閉了某些區(qū)域而其它區(qū)域保持開放,以便導(dǎo)電漿料能夠通過(guò)。硅片和絲網(wǎng)的距離要嚴(yán)格地控制(稱為印刷間隙)。由于正面需要更加纖細(xì)的金屬線,因此用于正面印刷的絲網(wǎng)其網(wǎng)格通常比用于背面印刷的要細(xì)小得多。
把適量的漿料放置于絲網(wǎng)之上,用刮刀涂抹漿料,使其均勻填充于網(wǎng)孔之中。刮刀在移動(dòng)的過(guò)程中把漿料通過(guò)絲網(wǎng)網(wǎng)孔擠壓到硅片上,見圖3。這一過(guò)程的溫度、壓力、速度和其他變量都必須嚴(yán)格控制。
每次印刷步驟后,硅片被放入烘干爐,使導(dǎo)電漿料凝固。接著,硅片被送入另一個(gè)不同的印刷機(jī),在其正面或背面印制更多的線路。所有印刷步驟完成后,將硅片放入高溫爐里燒結(jié)。
3硅片正面和背面的印刷
每塊太陽(yáng)能電池的正面和背面都有通過(guò)絲網(wǎng)印刷淀積的導(dǎo)線(見圖4),它們的功能是不同的。正面的線路比背面的更細(xì);有些制造商會(huì)先印刷背面的導(dǎo)電線,然后將硅片翻過(guò)來(lái)再印刷正面的線路,從而最大程度地降低在加工過(guò)程中可能產(chǎn)生的損壞。在正面(面向太陽(yáng)的一面),大多數(shù)晶體硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)都采用非常精細(xì)的電路(“手指線”)把有效區(qū)域采集到的光生電子傳遞到更大的采集導(dǎo)線――“母線”上,接著再傳遞到組件的電路系統(tǒng)中。正面的手指線要比背面的線路細(xì)得多(窄到80μm)。正因?yàn)槿绱?正面的印刷步驟需要更高的精度和準(zhǔn)確性。
硅片的背面和正面的印刷要求是不同的,技術(shù)上也不那么嚴(yán)格。背面印刷的第一步工序是淀積一層以鋁為基礎(chǔ)的導(dǎo)電材料,而不是非常細(xì)的導(dǎo)電柵。同時(shí),能夠?qū)]有捕捉到的光反射回電池上。這一層也能“鈍化”太陽(yáng)能電池,封閉多余分子路徑,避免流動(dòng)電子被這些空隙所捕捉。背面印刷的第二步是制造母線,和外部電路系統(tǒng)相連接,見圖5。
4新一代絲網(wǎng)印刷的應(yīng)用
如今晶體硅太陽(yáng)能電池的平均轉(zhuǎn)化效率是15%,業(yè)界的發(fā)展目標(biāo)是將轉(zhuǎn)化效率提高到20%以上,絲網(wǎng)印刷設(shè)備能夠提供多種方法幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)化效率可以從以下兩個(gè)方面入手:電池工藝(創(chuàng)造出能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能的有效區(qū)域)和金屬鍍膜(形成導(dǎo)電金屬線)。
5雙重印刷
電池正面導(dǎo)電線路的一個(gè)負(fù)面效應(yīng)是陰影:導(dǎo)線阻擋了少量陽(yáng)光,使其無(wú)法進(jìn)入電池的有效區(qū)域,從而降低了轉(zhuǎn)化效率,見圖6。為了將這種陰影效應(yīng)降到最低,導(dǎo)線必須盡可能做到最窄。然而,為了保持足夠的導(dǎo)電性,線條的高度必須增加,這樣才能保持同樣的橫截面積。實(shí)現(xiàn)更細(xì),更高導(dǎo)線橫截面的解決方案就是將多條導(dǎo)線重疊印刷。這就意味著絲網(wǎng)印刷機(jī)必須能夠高準(zhǔn)確度、高重復(fù)性地印刷非常細(xì)小的線條――當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)線條小到80μm――相當(dāng)于人類一根頭發(fā)絲的平均厚度。
現(xiàn)在大多數(shù)導(dǎo)線燒結(jié)后的尺寸是110-120μm寬,12-15μm高。這樣尺寸的線條由于陰影效應(yīng)帶來(lái)的轉(zhuǎn)化效率損失大約為1.29%。要減少這一損耗,導(dǎo)線寬度必須降低;同時(shí),需要增加導(dǎo)線橫截面的高度,以此優(yōu)化導(dǎo)電性能,見圖7。導(dǎo)線橫截面尺寸從110μm寬/12μm高轉(zhuǎn)變?yōu)?0μm寬/30μm高之后,潛在的轉(zhuǎn)化效率絕對(duì)增益為0.5%。
應(yīng)用材料公司Baccini的方法是用兩臺(tái)不同的印刷機(jī)將兩種材料進(jìn)行重疊印刷。這一最新的工藝在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了80μm寬、平均30μm高的導(dǎo)線橫截面尺寸。這種方法減少了大約20%的陰影損失,相應(yīng)的也降低了電阻系數(shù)。通過(guò)在現(xiàn)有生產(chǎn)線上增加一臺(tái)額外的絲網(wǎng)印刷機(jī)和烘干爐,就能非常方便地以一種具有成本效益的方式實(shí)現(xiàn)多次印刷工藝。
導(dǎo)線雙重印刷(和其它的先進(jìn)印刷應(yīng)用)最關(guān)鍵的一點(diǎn)在于對(duì)準(zhǔn)精度,因?yàn)榈诙佑∷⑽锉仨毞浅>珳?zhǔn)地置于第一層之上。應(yīng)用材料公司Baccini的最新研發(fā)成果使第二層印刷物的對(duì)齊精度達(dá)到±15μm。這一技術(shù)采用了新型的高分辨率照相機(jī)和新的軟件算法,具有自動(dòng)調(diào)整程序,并可以在印刷初始階段進(jìn)行額外控制。此外,漿料配方和絲網(wǎng)設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)的共同優(yōu)化,從而最大限度地實(shí)現(xiàn)絲網(wǎng)印刷的硬件和工藝效能。
6選擇性發(fā)射極
另外一個(gè)新興的應(yīng)用是選擇性發(fā)射極技術(shù)――在絲網(wǎng)印刷的金屬線下精確地制造一個(gè)重度摻雜的n+區(qū)域,以便進(jìn)一步降低接觸電阻,從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率的提高,見圖8。
制作這些發(fā)射極區(qū)域有好幾種技術(shù)。每一種都要求高精度和高重復(fù)性的多重印刷步驟。此外,發(fā)射極區(qū)域必須略寬于上方的金屬線:對(duì)于100μm寬的金屬線來(lái)說(shuō),最優(yōu)化的發(fā)射極區(qū)域?qū)挾葹?50μm左右。很關(guān)鍵的一點(diǎn)是后續(xù)的金屬線必須非常精確地直接放置在發(fā)射極區(qū)域之上,否則,就會(huì)失去它的效率優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用材料公司Baccini的絲網(wǎng)印刷技術(shù)在成熟度、對(duì)準(zhǔn)精度、低成本和高速度方面都具有優(yōu)勢(shì),是實(shí)現(xiàn)這種電池工藝的理想選擇。
7絲網(wǎng)印刷的生產(chǎn)力
隨著太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大、工藝步驟越來(lái)越多(以獲取更高效率),很多問(wèn)題――包括高產(chǎn)量和處理更薄硅片的能力等――變得越來(lái)越重要。
目前,晶體硅太陽(yáng)能電池工廠的產(chǎn)量約為1500硅片/小時(shí)(每條生產(chǎn)線),業(yè)界的目標(biāo)是在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)至少3000硅片/小時(shí)。這需要使用非常先進(jìn)的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)以最小的破片率高速處理硅片。
這就意味在絲網(wǎng)印刷工藝中如絲網(wǎng)放置,漿料涂布和刮刀移動(dòng)都需要以更快的速度進(jìn)行,同時(shí),線條的寬度和對(duì)齊方式必須保持原有精度甚至更加精確。
硅片越來(lái)越薄(因此更加易碎)的趨勢(shì)推動(dòng)了“軟”處理技術(shù)的發(fā)展,以此保持低破片率和高良率。應(yīng)用材料公司Baccini以其高速軟處理技術(shù)和最低破片率成為享譽(yù)業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者。擁有數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)的工程師團(tuán)隊(duì)正致力于開發(fā)多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新, 從而保持Baccini絲網(wǎng)印刷設(shè)備在超薄硅片處理領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。
8結(jié)論
以往,我公司對(duì)變形金銀卡紙常規(guī)性處理的方法是:采用手工撫平變形金銀卡紙,讓其一點(diǎn)點(diǎn)兒恢復(fù)到平整狀態(tài)。但是該方法效果不佳,印刷時(shí)依舊會(huì)有廢品產(chǎn)生。考慮到絲網(wǎng)印刷機(jī)屬于高耗能設(shè)備,一旦在印刷過(guò)程中發(fā)揮不了很好的效果,將會(huì)給公司效益帶來(lái)不利影響。所以,筆者決定從絲網(wǎng)印刷機(jī)著手,通過(guò)對(duì)其改進(jìn),以減輕紙張變形而引起的套印不準(zhǔn)。
筆者經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)備認(rèn)真檢查后發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致套印不準(zhǔn)的主要原因是金銀卡紙本身就較厚,再加上紙張已經(jīng)發(fā)生變形,當(dāng)其到達(dá)前規(guī)定位點(diǎn)時(shí),拉規(guī)就不能正常將紙張拉到位,即便偶爾拉到位時(shí),紙張定位也不太穩(wěn)定,極易造成套印不準(zhǔn)。
筆者經(jīng)過(guò)進(jìn)一步觀察,發(fā)現(xiàn)該絲網(wǎng)印刷機(jī)的拉規(guī)壓力彈簧本身就存在問(wèn)題,當(dāng)紙張到位時(shí),拉規(guī)開始動(dòng)作,由于紙張定量不同以及變形程度也不同,拉規(guī)壓力彈簧在動(dòng)作時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同程度的彎曲,這種現(xiàn)象很容易減弱拉規(guī)對(duì)紙張的拉力,從而造成紙張不到位或定位穩(wěn)定性極差的現(xiàn)象。
DRID
無(wú)線射頻識(shí)別(RFID,RBdio Frequency Identification)技術(shù)是一項(xiàng)非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù),它通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的,識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)。
AFID系統(tǒng)的基本工作原理可以通過(guò)圖1進(jìn)行闡述:閱讀器將要發(fā)送的信號(hào),經(jīng)編碼后加載在某一頻率的載波信號(hào)上由天線向外發(fā)送,進(jìn)入閱讀器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接收此脈沖信號(hào),標(biāo)簽內(nèi)芯片中的有關(guān)電路對(duì)此信號(hào)進(jìn)行解調(diào),解碼、解密,然后對(duì)命令請(qǐng)求,密碼,權(quán)限等進(jìn)行判斷。若為讀命令,控制邏輯電路則從存儲(chǔ)器中讀取有關(guān)信息,經(jīng)加密、編碼,調(diào)制后通過(guò)電子標(biāo)簽內(nèi)天線再發(fā)送到閱讀器,閱讀器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào),解碼,解密后送至中央處理系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理;若為修改信息的寫命令,有關(guān)控制邏輯引起的內(nèi)部電荷泵提升工作電壓,提供擦寫EEPRQM中的內(nèi)容進(jìn)行改寫,若經(jīng)判斷其對(duì)應(yīng)的密碼和權(quán)限不符,則返回出錯(cuò)信息。
RFID系統(tǒng)的應(yīng)用范圍
國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代即將到來(lái),據(jù)悉,RFID技術(shù)已在歐美市場(chǎng)廣泛應(yīng)用,隨著中國(guó)市場(chǎng)RFID技術(shù)的日趨成熟和RFID標(biāo)簽價(jià)格的降低,RFID電子標(biāo)簽將替代傳統(tǒng)的一維條形碼和二維碼。如果說(shuō)二維碼是一維碼標(biāo)簽的延伸,那RFID的誕生就是標(biāo)簽行業(yè)的一場(chǎng)革命。其應(yīng)用領(lǐng)域主要在以下方面:
1.物流管理
物流是RFID最大的市場(chǎng)應(yīng)用空間,可以極大地提高物流環(huán)節(jié)的效率,并為實(shí)現(xiàn)零庫(kù)存提供技術(shù)保障。全球零售業(yè)巨頭沃爾瑪以及德國(guó)麥德龍極力推廣RFID標(biāo)簽的應(yīng)用,均已實(shí)現(xiàn)在超市中利用RFID技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品識(shí)別、反偷竊,實(shí)時(shí)庫(kù)存和產(chǎn)品有效期控制。
2.食品安全
食品安全問(wèn)題是一個(gè)國(guó)家的民生大事,RFID技術(shù)可以通過(guò)對(duì)食品原來(lái)的種植或養(yǎng)殖過(guò)程進(jìn)行全程的管理記錄以及對(duì)食品流通的環(huán)節(jié)進(jìn)行正向跟蹤和逆向追溯,全方位保證食品安全。
3.商品防偽一
商品防偽能保障正常的市場(chǎng)秩序與消費(fèi)信譽(yù),具有巨大的市場(chǎng)空間。采用RFID防偽技術(shù)與無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)商品的質(zhì)量檢驗(yàn),目前已在煙、酒。醫(yī)藥等商品上進(jìn)行試點(diǎn)。
4.其他領(lǐng)域的應(yīng)用
RFID具有著非常廣泛的應(yīng)用空間,比如在交通管理,軍品管理、安防,動(dòng)物養(yǎng)殖與寵物管理,圖書館管理等領(lǐng)域,都具有巨大應(yīng)用前景。
RFID標(biāo)簽天線制備技術(shù)
影響RFID推廣的核心問(wèn)題在于芯片技術(shù)以及成本。如圖2所示,RFID電子標(biāo)簽主要由底材、天線及芯片組成,天線層是主要的功能層,其目的是傳輸最大的能量進(jìn)出標(biāo)簽芯片。與傳統(tǒng)蝕刻法,繞線法相比,標(biāo)簽天線的直接印制法大大節(jié)約了成本。
1.標(biāo)簽天線的傳統(tǒng)制造工藝
①采用蝕刻方式加工制備標(biāo)簽天線
天線在蝕刻前應(yīng)先印刷上抗蝕膜,首先將PET薄膜片材兩面覆上金屬(如銅、鋁等)箔;然后采用印刷法(絲網(wǎng)印刷,凹印等)或光刻法,在基板雙面天線圖案區(qū)域印刷抗蝕油墨,用以保護(hù)線路圖形在蝕刻中不被溶蝕掉:然后進(jìn)行蝕刻,即將印刷油墨圖案已固化的片材浸入蝕刻液中,溶蝕掉未印刷抗蝕油墨層區(qū)域的金屬;然后再去除薄膜片材天線圖案金屬層上的抗蝕刻油墨,這樣就得到了標(biāo)簽天線。或者采用光刻法,在覆銅基板表面預(yù)先涂布光敏抗蝕膜,并用相應(yīng)的掩膜覆合曝光,經(jīng)過(guò)顯影腐蝕,除去版上殘留抗蝕膜,就得到一個(gè)完整的天線圖形。
②繞線法制備標(biāo)簽天線工藝
目前。銅導(dǎo)線繞制RFID標(biāo)簽天線的制造工藝通常是使用自動(dòng)繞線機(jī)進(jìn)行,即直接在底基載體薄膜上繞上涂覆了絕緣漆,并使用低熔點(diǎn)烤漆的銅線作為RFID標(biāo)簽天線的基材,最后用黏合劑對(duì)導(dǎo)線與基材進(jìn)行機(jī)械固定。其工藝流程如圖4所示。該方法可靠性較高,但對(duì)于RF19電子標(biāo)簽來(lái)說(shuō)成本太高。
2.標(biāo)簽天線印制工藝
基于傳統(tǒng)標(biāo)簽天線制備方法中存在的污染環(huán)境、成本較高的弊端,且工藝復(fù)雜,成品制作時(shí)間長(zhǎng),必將被新的工藝所替代。采用印刷方式直接印制RFID標(biāo)簽天線是一種環(huán)保節(jié)能、低成本的制造工藝。現(xiàn)有可行的印制RFID標(biāo)簽天線的印刷方式有絲網(wǎng)印刷和噴墨印刷。
①絲網(wǎng)印刷法制備天線
絲網(wǎng)印刷是使用模版直接印刷的過(guò)程,即用導(dǎo)電油墨直接印刷在紙基或塑料薄膜卷材上,其一般工藝流程為:
標(biāo)簽天線的絲網(wǎng)印刷就是把導(dǎo)電油墨由網(wǎng)版的另一側(cè)以刮板將油墨掃壓過(guò)網(wǎng)版,而油墨則穿透過(guò)網(wǎng)版上天線圖樣的網(wǎng)孔間隙,粘印在被印刷的底材上。在進(jìn)行RFID的標(biāo)簽天線印刷時(shí),由于不同工作頻率的RFID標(biāo)簽的天線線圈將對(duì)應(yīng)不同的圈數(shù),線圈厚度和每一圈之間的距離(如HF波段使用13.56MHz的芯片,通常它要求線圈圈數(shù)為6,厚度約為20um:UHF波段使用868MHz和950MHz的芯片,線圈截面厚度約為4um),故所印刷的墨層厚度、每一道線的寬度和干燥后的圖形輪廓都有嚴(yán)格的允差范圍(如兩次重疊套印的誤差必須在0.1mm之內(nèi))。
網(wǎng)版印刷的墨層厚度最多可以達(dá)到100um,是柔印、膠印和凹印的幾倍,這對(duì)于用導(dǎo)電油墨印刷標(biāo)簽天線是十分有利的。在實(shí)際印刷電路生產(chǎn)中,墨層厚度的要求一般在8~12um,其干燥則可以采用UV,IR及熱風(fēng)等方式來(lái)完成。
②噴墨印刷法制備天線
絲網(wǎng)印刷在一定程度上節(jié)約了成本,但其油墨采用70%左右的高銀含量的導(dǎo)電銀漿,得到15~20um之間的天線,屬于厚膜印刷方式,成本高,且印刷過(guò)程中有溶劑排放,墨層柔順性較差。采用噴墨打印機(jī)制備導(dǎo)電線路,只需要根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的圖案,由噴墨打印機(jī)的噴頭將導(dǎo)電墨水噴涂到基板上而形成導(dǎo)電線路。噴墨印刷方式作為非傳統(tǒng)印刷,在天線制作方面由于其制作周期短、無(wú)污染、成本低等特性被廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)外很多知名院校、研究所長(zhǎng)期致力于噴墨導(dǎo)電墨水的研究,取得了顯著的成就。北京印刷學(xué)院以李露海教授為帶頭人的科研團(tuán)隊(duì)成功研制出導(dǎo)電膜厚度在1um左右,電阻達(dá)到1Ω左右的噴墨導(dǎo)電墨水:美國(guó)Kovio公司在2008年推出了用噴墨打印納米硅墨水制備的FFD,成為噴墨打印墨水第一個(gè)商業(yè)成功的案例;韓國(guó)順天大學(xué)2009年研制出基于碳納米管墨水的全印刷1-bit射頻標(biāo)簽。
采用噴墨印刷來(lái)進(jìn)行RFID標(biāo)簽的制作可分為3種方式:①使用噴墨印刷方式把抗蝕油墨、阻焊油墨和字符油墨等噴射到覆銅板上,經(jīng)過(guò)固化后得到成品;②采用含有納米金屬顆粒的導(dǎo)電墨水直接將電路圖形噴在聚酯片基上,經(jīng)過(guò)低溫?zé)汗袒?,形成電路:③通過(guò)采用相應(yīng)特性的墨水,采用噴墨印刷的方法制造RFID標(biāo)簽中的電容器及電阻器等電子器件。與傳統(tǒng)的印刷方式相比。采用噴墨印刷的方式可以達(dá)到更快的生產(chǎn)速度,印刷成本也有所降低,更重要的是能夠增加其布線密度,從而提高成品質(zhì)量。
【摘要】 在一次性絲網(wǎng)印刷電極上原位制備地西泮的分子印跡膜,將絲網(wǎng)印刷電極通過(guò)電極插口與便攜式電導(dǎo)儀相連接,組裝成檢測(cè)地西泮殘留的電導(dǎo)型傳感器,建立了檢測(cè)地西泮的標(biāo)準(zhǔn)曲線并測(cè)試了實(shí)際肉類樣品中的地西泮含量。通過(guò)掃描電鏡分析了該膜的表征,與非印跡膜相比,印跡膜表面形成了大量印跡微孔。本傳感器裝置對(duì)地西泮具有很高的靈敏度和特異性,檢出限為0.008 mg/L,線性范圍為0.039~1.25 mg/L,基于肉品的檢測(cè)回收率為91.3%~95.0%,可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。
【關(guān)鍵詞】 地西泮; 分子印跡膜; 電導(dǎo)型傳感器
1 引 言
地西泮又名安定,屬于第二代安眠鎮(zhèn)靜藥,國(guó)家明令禁止在動(dòng)物飼料和飲水中使用。但一些養(yǎng)殖企業(yè)為了提高飼料報(bào)酬,違禁使用安定類藥物的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,動(dòng)物性產(chǎn)品中此類藥物的殘留對(duì)消費(fèi)者健康和對(duì)外貿(mào)易均產(chǎn)生很大危害。因此建立快速、有效的測(cè)定地西泮的方法十分必要。分子印跡聚合物和分子印跡膜對(duì)目標(biāo)化合物具有高度選擇性,在樣品中待測(cè)化學(xué)物質(zhì)的分離、富集、檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用[1~10]。Ariffin等應(yīng)用地西泮分子印跡聚合物固相萃取柱,采用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)血液中地西泮含量[11],該方法前處理步驟繁瑣,需要大型儀器,不適合現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。有研究者利用電化學(xué)方法在柱狀金屬電極上制備印跡膜[12~14]或熱聚合法制備分子印跡物[15]作為檢測(cè)傳感器的感受器部分。但是電化學(xué)法印跡膜難以批量制備,利用印跡物制備的傳感儀組裝過(guò)程較復(fù)雜,均不適用于大通量快速檢測(cè)。有關(guān)利用分子印跡膜為感受器檢測(cè)肉品中地西泮的電導(dǎo)型傳感方法的研究尚未見報(bào)道。
本實(shí)驗(yàn)采用原位聚合的方法,直接在一次性絲網(wǎng)印刷電極條上制備地西泮分子印跡膜,并將這種電極條與電導(dǎo)分析儀相連接,組裝了檢測(cè)地西泮的電導(dǎo)型傳感器。通過(guò)更換帶有印跡膜的電極條,將微量待測(cè)樣品直接滴入電極條工作區(qū)即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣品的快速檢測(cè)。此電導(dǎo)型傳感器具有靈敏度高、特異性強(qiáng)、檢測(cè)速度快和成本低等優(yōu)點(diǎn),具有實(shí)際應(yīng)用前景。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 儀器與試劑
1100型高效液相色譜儀(美國(guó)Agilent公司);Hardwee C18固相萃取小柱(500 mg, 3 mL,德國(guó)Hardwee公司);FEI SIRION200型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(美國(guó)FEI公司); XMTD204電熱恒溫水浴鍋(上海博泰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司);索氏提取器(江蘇海門華盛實(shí)驗(yàn)儀器有限公司);SB80超聲波儀(寧波新芝生物科技股份有限公司);CON 6/TDS 6 電導(dǎo)儀(新加坡OAKTON公司);一次性絲網(wǎng)印刷電極條(臺(tái)灣芯寶科技股份有限公司),其基本結(jié)構(gòu)是在PVC基板上按設(shè)計(jì)圖案印制導(dǎo)電銀漿層、導(dǎo)電碳漿層及絕緣層。
地西泮標(biāo)準(zhǔn)品(Diazepam)、甲基丙烯酸(MAA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)均購(gòu)于Sigma公司;偶氮異丁腈(AIBN)、二甲亞砜(DMSO)、甲醇、丙酮、乙酸及其它分析純?cè)噭┚?gòu)自中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司。磷酸鹽緩沖液(PBS)以NaH2PO4和Na2HPO4 配制;伯瑞坦羅比森緩沖溶液(BR)以磷酸、乙酸、硼酸配制;碳酸鹽緩沖液以Na2CO3和NaHCO3配制;緩沖液pH調(diào)節(jié)液為HCl和NaOH溶液。實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。
2.2 印跡膜(MIF)的制備
取0.2847 g(1 mmol)地西泮和0.516 mL(6 mmol)MAA溶于10 mL二甲亞砜中,超聲10 min,放置2 h進(jìn)行預(yù)聚合。加入5.667 mL(30 mmol)EGDMA和0.061g AIBN,超聲混合均勻,充氮?dú)獬?0 min,量取1.2 μL聚合液均勻涂布在絲網(wǎng)印刷電極工作區(qū),將電極條固定在密閉容器底部,容器抽真空后置于60 ℃水浴中。當(dāng)絲網(wǎng)印刷電極上涂布聚合液的區(qū)域出現(xiàn)半透明蠟狀物質(zhì)后,取出電極條置于4 ℃冷卻,得到地西泮分子印跡膜(MIF)修飾的絲網(wǎng)印刷電極。用甲醇乙酸(9∶1, V/V)溶液洗脫48 h,用甲醇洗去乙酸,-4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
帶有非印跡膜(NMIF)的絲網(wǎng)印刷電極條的制作方法參照上述方法,區(qū)別在于聚合過(guò)程中不加入模板分子。
2.3 傳感檢測(cè)方法的建立
檢測(cè)裝置示意圖如圖1所示。將分別修飾有MIF與NMIF的兩條絲網(wǎng)印刷電極條通過(guò)兩塊加樣控制擋板粘合為一體,兩電極工作區(qū)之間的間隙組成測(cè)試樣品加樣區(qū),然后將組裝好的測(cè)試電極通過(guò)USB接口與電導(dǎo)儀相連。 圖1 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)裝置示意圖
Fig.1 Schematic structure of analytical system
用BR緩沖液(pH 7.0)配制0.039, 0.078, 0.156, 0.312, 0.625, 1.25 mg/L的地西泮標(biāo)準(zhǔn)溶液。取30 μL BR緩沖液滴入絲網(wǎng)印刷電極的工作區(qū),待傳感儀讀數(shù)穩(wěn)定后,記錄此刻電導(dǎo)值(背景值),然后用吸水紙吸干電極工作區(qū)的緩沖液,加待測(cè)樣品30 μL,穩(wěn)定后記錄電導(dǎo)值(終值)。每次檢測(cè)結(jié)束后更換帶有MIF修飾的絲網(wǎng)印刷電極條,共測(cè)試6個(gè)濃度,平行測(cè)定3次。以響應(yīng)信號(hào)值(信號(hào)值=終值背景值)為縱坐標(biāo),以地西泮的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),作標(biāo)準(zhǔn)曲線。
3 結(jié)果與討論
3.1 MIF與NMIF表征分析
隨機(jī)選取數(shù)個(gè)制備好的MIF和NMIF,進(jìn)行掃描電鏡分析。本實(shí)驗(yàn)制備的MIF與NMIF厚度介于20~40 μm之間。非印跡膜表面較為光滑,并有小量小泡樣陰影分布(圖2A),可能主要由于聚合分子在聚合結(jié)束后,聚合分子牽拉及堆積而成。而分子印跡膜上則有大量的分子印跡孔穴存在,在膜表面廣泛分布(圖2B),在孔穴樣分子聚合物表面存在著大量的印跡微孔,可能是由于模板分子被洗脫后而遺留的結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)與分子印跡膜對(duì)模板分子的識(shí)別和吸附作用密切相關(guān)。表面立體掃描發(fā)現(xiàn),非印跡膜表面結(jié)構(gòu)較為均一,無(wú)明顯的穴狀結(jié)構(gòu);而分子印跡膜表面結(jié)構(gòu)不均一,分布有大量的凹陷及孔穴樣結(jié)構(gòu)。
3.2 基于MIF傳感器的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)曲線
以分子印跡膜為敏感元件的電導(dǎo)傳感方法檢測(cè)地西泮的標(biāo)準(zhǔn)曲線,回歸方程為Y=23.28787x+1.9741(r=0.9995),檢出限為0.008 mg/L;在0.039~1.25 mg/L 范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。而以非印跡膜為感受器在相同條件下檢測(cè)地西泮標(biāo)準(zhǔn)溶液,在不同溶液濃度下所獲得的電導(dǎo)值無(wú)明顯變化。說(shuō)明洗脫后的MIF存在可以與地西泮分子結(jié)構(gòu)相互補(bǔ)的孔穴,溶液中具有電化學(xué)活性的地西泮分子被特異性吸附至MIF表面后,膜本身的電化學(xué)活性改變。隨著溶液中地西泮濃度的變化,產(chǎn)生相應(yīng)的電導(dǎo)率信號(hào)。而NMIF對(duì)地西泮分子具有一定程度的非特異性吸附。當(dāng)這種吸附趨于飽和時(shí),所得到的電導(dǎo)率值在一定范圍內(nèi)表現(xiàn)出緩慢的變化;當(dāng)溶液中待測(cè)物濃度增大時(shí),電導(dǎo)響應(yīng)值也隨之增加,但是這種非特異性吸附引起的電導(dǎo)率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于MIF的特異性吸附。
3.3 測(cè)試條件對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響
用0.1 mol/L BR緩沖液(pH 7.0)配制濃度分別為0.039、0.156、0.625和1.25 mg/L的地西泮測(cè)試液,按照 2.3中所建立的傳感方法進(jìn)行測(cè)試,分別在0、30、60、120、180、240和300 s時(shí)記錄電導(dǎo)值, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3A。檢測(cè)不同濃度地西泮溶液時(shí),電導(dǎo)信號(hào)值均隨著數(shù)據(jù)采集時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。檢測(cè)值在初始60 s內(nèi)顯著增加,但是在較低濃度下變化趨勢(shì)不明顯;180 s后檢測(cè)值趨于穩(wěn)定。由本實(shí)驗(yàn)可知,MIF對(duì)溶液中地西泮分子的特異性吸附主要發(fā)生在前60 s內(nèi),180 s后達(dá)到吸附平衡狀態(tài)。因此,本實(shí)驗(yàn)選取180 s作為檢測(cè)數(shù)據(jù)采集時(shí)間。
為探討不同緩沖液對(duì)測(cè)試地西泮含量的影響,分別以pH 6.0(0.2 mol/L)的PBS緩沖液、pH 7.0(0.1 mol/L)的BR緩沖液和pH 9.5(0.1 mol/L)的碳酸鹽緩沖液為支持液,檢測(cè)結(jié)果表明, 以PBS緩沖液為支持液時(shí),檢測(cè)值在較低濃度時(shí)呈遞增趨勢(shì),但高濃度的檢測(cè)值變化平緩;以碳酸鹽緩沖液為支持液,測(cè)試結(jié)果呈波動(dòng)性變化;而以BR緩沖液為支持液,檢測(cè)值具有良好的線性關(guān)系(圖3B)。因此,本實(shí)驗(yàn)選用pH 7.0(0.1 mol/L)的BR緩沖液作為支持液。
3.4 干擾實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)選用畜禽肉中可能含有的違禁獸藥琥珀酸氯霉素與己烯雌酚作干擾物質(zhì),將地西泮和每種干擾物質(zhì)用0.1 mol/L BR緩沖液分別配制成干擾測(cè)試液,各物質(zhì)的加入量見表1。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 兩種干擾測(cè)試液的地西泮檢出量均略高于溶液中地西泮的實(shí)際含量。其中己烯雌酚對(duì)檢出量的影響比琥珀酸氯霉素更大,說(shuō)明分子構(gòu)型差異很大但分子量接近的物質(zhì)會(huì)對(duì)檢測(cè)造成干擾。這主要是由于檢測(cè)過(guò)程中MIF同時(shí)對(duì)各特征基團(tuán)和分子整體進(jìn)行識(shí)別,琥珀酸氯霉素的分子結(jié)構(gòu)和分子大小與地西泮差異明顯,不能穩(wěn)定結(jié)合在印跡孔穴中,大部分以布朗運(yùn)動(dòng)的形式在印跡孔穴中出入。己烯雌酚雖然與地西泮的分子結(jié)構(gòu)也有很大差異,但其分子量與地西泮相當(dāng),且少量分子的酚羥基可以與印跡孔穴通過(guò)氫鍵、范德華力相結(jié)合,造成檢測(cè)值偏高。該推斷與文獻(xiàn)[16]的研究結(jié)果一致。因而在實(shí)際樣品測(cè)試時(shí),為消除這種干擾,可以通過(guò)簡(jiǎn)單的預(yù)處理分離富集待測(cè)物質(zhì)。表1 干擾物質(zhì)對(duì)0.5 mg/L 地西泮溶液檢測(cè)結(jié)果的影響
本實(shí)驗(yàn)也在肉品如牛肉、豬肉(包括鮮肉、熏肉和臘肉)樣品中進(jìn)行了待測(cè)物的標(biāo)加實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,不同來(lái)源肉品、色素、防腐劑等物質(zhì)對(duì)同一濃度的地西泮測(cè)試未有顯著影響。另外,維生素C、Fe3+等具有高氧化還原活性的物質(zhì)對(duì)測(cè)試地西泮的影響并不顯著,可能該實(shí)驗(yàn)建立的電導(dǎo)測(cè)試模式能有效地排除這些物質(zhì)的干擾。離子在電導(dǎo)型傳感測(cè)試中為必須考慮的影響因素之一。測(cè)試了不同離子類型和強(qiáng)度對(duì)電導(dǎo)傳感法測(cè)試地西泮的影響,發(fā)現(xiàn)樣品中含有0.2 mol/L的碳酸鹽、磷酸鹽,對(duì)測(cè)試結(jié)果影響并不顯著,但5 mol/L的NaCl, KCl等強(qiáng)電解質(zhì)對(duì)電導(dǎo)測(cè)試結(jié)果有顯著影響,可使電導(dǎo)值增加2.52~4.85 ms,因而建議在樣品前處理過(guò)程中通過(guò)液液萃取將高濃度的離子除去。
3.5 回收率實(shí)驗(yàn)
參照商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[17]對(duì)標(biāo)加樣品進(jìn)行前處理。稱量10 g豬肉勻漿試樣兩份,加入地西泮標(biāo)樣,分別經(jīng)提取、萃取得到的樣品洗脫液于50 ℃水浴氮?dú)獯蹈伞H∫环莸獨(dú)獯蹈晌?,? mL 1%高氯酸水溶液和2 mL正己烷復(fù)溶,靜置分層后取下層水相過(guò)0.2 μm濾膜,供HPLC分析。取另一份氮?dú)獯蹈晌?,? mL甲醇水(1∶99, V/V)溶液復(fù)溶,過(guò)0.2 μm濾膜,供傳感測(cè)試。每個(gè)樣品平行6次。標(biāo)準(zhǔn)加入實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該傳感方法檢測(cè)結(jié)果與HPLC法檢測(cè)結(jié)果一致(表2),回收率為91.3%~95.0%,略低于HPLC法測(cè)定的回收率(92.0%~100.7%)。表2 回收率的測(cè)定結(jié)果
3.6 傳感器性能
采用本方法對(duì)液體樣品中的地西泮殘留進(jìn)行檢測(cè),可在3 min內(nèi)完成。更換同一批次制作的帶有MIF的電極條,對(duì)相同濃度的地西泮標(biāo)加樣品進(jìn)行檢測(cè),5次測(cè)試得出的結(jié)果一致,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差小于2.8%。隨機(jī)抽取5批次制作的帶有MIF的電極條,檢測(cè)同一濃度的地西泮標(biāo)加樣品,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差小于3.5%;將制備好的帶有MIF的電極條在-4 ℃條件保存3個(gè)月后,檢測(cè)同一濃度的地西泮標(biāo)加樣品,與剛制備好的電極條檢測(cè)結(jié)果相比,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差小于3.8%; 4個(gè)月后進(jìn)行檢測(cè),與初次檢測(cè)相比,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差小于4.6%。因此該傳感儀的敏感元件的使用壽命在4個(gè)月以上。通過(guò)更換帶有MIF的一次性絲網(wǎng)印刷電極條,該傳感儀可長(zhǎng)期使用。用過(guò)本實(shí)驗(yàn)制備的基于MIF為感受器的電導(dǎo)型傳感儀具有檢測(cè)速度快、重復(fù)性好、穩(wěn)定性高、使用時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn), 有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
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[關(guān)鍵詞]電暈;印刷適性;薄膜;包裝材料
中圖分類號(hào):TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2016)16-0308-01
1 引言
根據(jù)印刷包裝設(shè)計(jì)理論,為了得到表面能高、油墨轉(zhuǎn)移性能好、附著性能好的薄膜,從而提高在印刷過(guò)程中油墨在薄膜表面的附著力以及減少在復(fù)合與成型過(guò)程中因油墨和薄膜粘接不牢而產(chǎn)生的油墨與膜材分離等質(zhì)量問(wèn)題,電暈處理處理的目標(biāo):提高表面能。由于表面能極性的增加,改善油墨與薄膜表面的潤(rùn)濕性,更好的使界面上分子鍵緊密接近,從而獲得更大的分子間作用力和化學(xué)作用力。提高表面粗糙度。增加薄膜/油墨界面上的機(jī)械咬合作用,同時(shí)為界面上分子間的物理和化學(xué)作用提供更大的接觸面積。
本文從接觸角、表面張力與粗糙度等因素對(duì)附著強(qiáng)度的影響來(lái)進(jìn)行薄膜的印刷適性理論分析。分別對(duì)PE、PVC與PET三種薄膜進(jìn)行電暈處理實(shí)驗(yàn),來(lái)改善薄膜表面的性能,提高其印刷適性。對(duì)處理前后的PE、PVC、PET薄膜進(jìn)行表面能及表面摩擦系數(shù)這些因素進(jìn)行測(cè)量與探測(cè)實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)改性效果。對(duì)處理后的PE、PVC與PET薄膜進(jìn)行絲網(wǎng)印刷,對(duì)油墨在處理前后的薄膜上的的密度以及油墨在處理前后的薄膜上的附著力進(jìn)行測(cè)試,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比來(lái)比較PE、PVC與PET薄膜的印刷適性以及總結(jié)出電暈處理對(duì)薄膜印刷適性的改善程度。
本文首先采用電暈技術(shù)分別對(duì)PE、PVC和PET三種薄膜進(jìn)行表面處理,以提高其表面極性,增加薄膜在印刷過(guò)程中與油墨的粘合作用;然后通過(guò)三種測(cè)試方法來(lái)對(duì)比改性前后的表面性能:通過(guò)自制的表面測(cè)試液達(dá)因液對(duì)未經(jīng)處理的薄膜以及電暈處理后的薄膜進(jìn)行測(cè)試,確定各表面大致的表面張力;使用摩擦測(cè)試儀測(cè)出處理前后薄膜的表面粗糙度;最后采用絲網(wǎng)印刷,對(duì)不同表面進(jìn)行色塊的印刷,然后對(duì)油墨的主密度進(jìn)行測(cè)量分析,并使用膠粘-數(shù)格法檢測(cè)油墨的附著牢度。
2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法
2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)試處理面與未處理面印刷油墨的密度,兩者相對(duì)比,觀察電暈處理對(duì)印刷油墨密度的影響。油墨的附著性測(cè)試是模擬印刷過(guò)程,測(cè)試印后油墨在薄膜表面的附著力。采用膠粘―數(shù)格法法對(duì)未經(jīng)處理的三種薄膜和經(jīng)過(guò)電暈處理的三種薄膜進(jìn)行測(cè)試。膠粘―數(shù)格法的計(jì)算公式為:A=n/(40X100),其中n為膠帶上油墨所占的格數(shù),40mmx100mm為膠帶的規(guī)格。A為印墨剝落率,印墨剝落率越大,油墨附著性越差;印墨剝落率越小,油墨附著性越好。本次實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)檢測(cè)薄膜表面電暈前后表面張力以及表面粗糙度,來(lái)研究電暈表面處理對(duì)印刷適性的影響。由于實(shí)驗(yàn)室電暈儀器的局限性,電暈處理無(wú)法進(jìn)行,本次實(shí)驗(yàn)選用的部分材料為出廠前進(jìn)過(guò)電暈處理過(guò)的。表面粗糙度越大摩擦系數(shù)越大,所以本實(shí)驗(yàn)用摩擦系數(shù)代替表面粗糙度。此外,為了能更直觀地發(fā)現(xiàn)薄膜表面電暈前后的印刷適性的改變,對(duì)薄膜進(jìn)行色塊的印刷,使用分光光度儀對(duì)油墨的主密度進(jìn)行測(cè)試,然后通過(guò)膠粘-數(shù)格法檢測(cè)油墨在薄膜表面的附著力,來(lái)對(duì)比薄膜表面電暈前后的印刷適性。
2.2 實(shí)驗(yàn)方法
絲網(wǎng)版的制作網(wǎng)框的表面處理―涂粘網(wǎng)膠―裁取絲網(wǎng)―夾網(wǎng)―初拉―重拉―固網(wǎng)―整邊―清洗絲網(wǎng)―干燥―涂布感光膠―干燥―貼合曬版―顯影,網(wǎng)框的表面處理:包括粗化和去污。去油污,用砂紙打磨,除去網(wǎng)框上的毛刺,以免弄破絲網(wǎng)。涂粘網(wǎng)膠:網(wǎng)框表面處理后,馬上對(duì)其粘網(wǎng)面涂刷一層粘網(wǎng)膠。裁取絲網(wǎng):為了使繃好的絲網(wǎng)的經(jīng)、緯線盡可能與框邊保持垂直,在繃網(wǎng)前裁取絲網(wǎng)時(shí)不要用剪刀而要用手撕。夾網(wǎng):將絲網(wǎng)夾入網(wǎng)夾內(nèi),應(yīng)十分仔細(xì),使絲網(wǎng)的經(jīng)、緯絲線與網(wǎng)夾邊保持平行,并盡可能挺直,切忌斜拉網(wǎng)。初拉、重拉:初拉僅拉伸至額定張力的60%,初拉后等待十分鐘左右,提高氣壓至額定值,同時(shí)用張力計(jì)測(cè)量張力值,每隔5-10min對(duì)損失的張力補(bǔ)償一次。固網(wǎng):往黏合面上刷粘網(wǎng)膠,隨即用棉紗擦壓網(wǎng)框的黏合處,視整個(gè)粘網(wǎng)面上呈現(xiàn)較深而均勻的顏色,黏結(jié)才算充分。如果出現(xiàn)淺色區(qū),則該區(qū)涂膠不足,應(yīng)予補(bǔ)涂。整邊:裁去多余的絲網(wǎng),包邊,標(biāo)注,以及用膠帶或加涂涂料保護(hù)黏合部分不受有害溶劑的侵蝕。涂布感光膠:對(duì)經(jīng)過(guò)清洗、干燥的絲網(wǎng)進(jìn)行感光膠的涂布,將調(diào)制好的感光膠倒入刮斗中,讓刮斗的前端與絲網(wǎng)接觸進(jìn)行涂布。刮斗來(lái)回兩到三次,速度與角度要把握好。將涂布好感光膠的絲網(wǎng)放入干燥箱內(nèi)干燥。曬版、顯影:將不透光的4.5cm*17cm的黑色紙片至于網(wǎng)框中央,進(jìn)行曬版。曬版完成后顯影,干燥。試樣的印刷,將試樣膜平整地鋪在白卡紙上,并用膠帶固定好。在制好的絲網(wǎng)版網(wǎng)框內(nèi)倒入適量的凹印油墨,將貼有試樣膜的白卡紙放置與絲印臺(tái)上,進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。盡量保證每次刮墨的角度與力度相當(dāng)。油墨密度的測(cè)量,打開愛色麗528分光光度儀,進(jìn)入密度菜單,設(shè)置為相對(duì)密度,同時(shí)將密度設(shè)置為自動(dòng),這樣測(cè)出的是印刷樣張的主密度值。每種樣張選兩張印刷較好的,每張選五個(gè)固定的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,每種樣張共測(cè)出10個(gè)主密度值。油墨附著力的測(cè)試,用40mmx100mm透明膠帶平整地粘在被測(cè)品印墨上,反復(fù)碾壓幾次,保證平整、無(wú)氣泡,放置3min。然后慢速粘拉2次,再將測(cè)試后的膠帶貼于格紙上,要求膠帶邊對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)紙格線。數(shù)出膠帶上油墨所占格數(shù)n。則印墨剝落率A=n/(10X20)印墨剝落率越大,油墨附著性越差。
3 結(jié)果與討論
綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析顯示,經(jīng)過(guò)電暈處理之后,PE薄膜的表面張力由30mN/m增加到42mN/m,提高了40%,PVC薄膜的張力由38mN/m增加到48mN/m,提高了26.32%,PET薄膜的張力由43mN/m增加到54mN/m,提高了25.58%。三者電暈之后,表面張力都有了顯著的提高,改善了薄膜表面的潤(rùn)濕性和印刷適性。通過(guò)對(duì)不同試樣摩擦系數(shù)的測(cè)試發(fā)現(xiàn),進(jìn)過(guò)電暈處理的薄膜,摩擦系數(shù)有一定的增大,摩擦系數(shù)越大表面粗糙度越大。因此可以得出,電暈處理使得薄膜表面粗糙度有所提高,改善了薄膜表面的印刷適性。油墨密度的測(cè)試試驗(yàn)得出:電暈處理后的PE薄膜的油墨密度明顯提高,PVC薄膜的油墨密度有很小的提升,而PET薄膜的油墨密度基本沒有變化。此試驗(yàn)中油墨密度反映了油墨的厚度,所以電暈處理對(duì)PE、PVC的油墨轉(zhuǎn)移有一定的改善。通過(guò)膠粘-數(shù)格法進(jìn)行油墨附著性測(cè)試,對(duì)比處理前后三種薄膜的油墨附著性,電暈處理后的PE薄膜的油墨附著性明顯提高,PVC薄膜的油墨附著性有很小的提升,而PET薄膜的油墨附著性基本沒有變化。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,電暈表面處理對(duì)表面能較低的薄膜有顯著的影響,經(jīng)電暈表面處理后印刷適性明顯提高;而對(duì)表面能本身就比較高的薄膜影響不明顯。
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2光誘導(dǎo)沉積分類及其原理
光誘導(dǎo)沉積按反應(yīng)類型可分為兩大類:光誘導(dǎo)分解型和光生電子型。
2.1光誘導(dǎo)分解型
根據(jù)Grotthuss–Draper定律,只有吸收輻射(以光子的形式)的分子才會(huì)進(jìn)行光化學(xué)轉(zhuǎn)化。但是光誘導(dǎo)分解型沉積可以細(xì)分為兩類:第一類稱為直接光解,是化合物本身直接吸收了太陽(yáng)能而進(jìn)行分解反應(yīng),即利用一些對(duì)光敏感的化合物,使其在光的照射區(qū)域分解出金屬單質(zhì)并且沉積出來(lái);第二類為光轉(zhuǎn)化為熱,利用一些對(duì)熱敏感的化合物,采用激光加熱使這類化合物在基體表面分解產(chǎn)生金屬,從而形成沉積層。
2.2光生電子型
光生電子型則利用具有p–n結(jié)的半導(dǎo)體的光伏效應(yīng),于外光源照射下在半導(dǎo)體的p–n結(jié)兩側(cè)的p區(qū)域產(chǎn)生空穴和n區(qū)域產(chǎn)生電子,并用來(lái)還原金屬離子。溶液中金屬離子的還原過(guò)程為:MeMnn++溶液還原(Mn+為金屬離子;e為光生電子;M為金屬)。光誘導(dǎo)沉積過(guò)程與電鍍相似,只不過(guò)前者是靠外部光源照射到基體上貢獻(xiàn)出電子,基體本身產(chǎn)生提供化學(xué)反應(yīng)的電位,而后者是靠外電源提供。光誘導(dǎo)電沉積的過(guò)程可用圖1表示。圖1光誘導(dǎo)電沉積示意圖Figure1Schematicdiagramoflight-inducedelectrodeposition這種利用光生電子來(lái)還原電鍍液中金屬離子的技術(shù)叫做光誘導(dǎo)電鍍技術(shù)。光誘導(dǎo)沉積法由于其特殊性,常用在半導(dǎo)體以及光伏電子工業(yè)領(lǐng)域。該工藝異于化學(xué)鍍和置換鍍,它不需要鍍液中的還原劑來(lái)還原金屬離子。這類技術(shù)不會(huì)因?yàn)榛w被完全覆蓋而停止反應(yīng)。
3光誘導(dǎo)沉積技術(shù)的發(fā)展
3.1光分解型光誘導(dǎo)沉積技術(shù)的發(fā)展
1987年,J.Michael等[1]在美國(guó)專利上介紹了一種光誘導(dǎo)沉積技術(shù),即在光敏電鍍液(PdCl2–SnCl2–HCl)中直接采用激光引發(fā)金屬離子在工件上進(jìn)行沉積。這種方法是利用激光的能量,誘導(dǎo)溶液中金屬離子發(fā)生自動(dòng)催化反應(yīng),從而在基體上的光照射區(qū)域中產(chǎn)生金屬沉積。其反應(yīng)為:Sn2++Pd2+=Sn4++Pd。可以看到,在這種新方法中光敏電鍍液中的氯化亞錫(SnCl2)有較強(qiáng)的還原性。實(shí)驗(yàn)中激光光源沒有間接或者直接提供金屬還原的電子,而只是破壞了被照射區(qū)域混合光敏電鍍液的穩(wěn)定性,使光敏電鍍液中Sn2+促使Pd2+還原為金屬Pd,并沉積下來(lái)。由于該方法能使金屬離子按照光斑的形狀在非金屬材料上沉積出各種圖案,并且不需要屏蔽或遮蓋基體,使其更適合應(yīng)用在微電子領(lǐng)域中的選擇性或者圖案化沉積金屬,曾一度引起了相關(guān)研究人員的關(guān)注。但是這種方法由于存在光敏電鍍液穩(wěn)定性不好、抗雜質(zhì)能力差、激光光源選擇難且設(shè)備昂貴等一系列難以解決的問(wèn)題而無(wú)法得到廣泛應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)90年代,為了解決光敏電鍍液的穩(wěn)定性問(wèn)題,M.Schlesinger[2]在其書中介紹Zhou等人在1991年開發(fā)的一種光分解型光誘導(dǎo)沉積電鍍液──H2PtCl6乙醇溶液,并在實(shí)驗(yàn)中把經(jīng)過(guò)丙酮和蒸餾水清洗過(guò)的基體置于盛滿上述溶液的玻璃容器中,通過(guò)激光束照射大約20min,使金屬鉑離子在基體表面沉積。這是聚焦光束使乙醇中的[PtCl6]2發(fā)生了光化學(xué)反應(yīng),從而使Pt沉積在基體中受到光照的區(qū)域。這種新的電鍍液利用了H2PtCl6在一定溫度下即分解生成金屬鉑的特性,在激光照射下,這種新電鍍液中被照射區(qū)域的溫度局部升高,從而使H2PtCl6分解。其反應(yīng)如下:264HPtClPtCl+2HCl熱,422PtClPtCl+Cl熱,22PtClPt+Cl熱。這種電鍍液雖然較穩(wěn)定,但是需要的激光功率大,照射時(shí)間長(zhǎng),并且難以得到連續(xù)的沉積層。為了進(jìn)一步提高光敏電鍍液的穩(wěn)定性,解決光源難找并且得到連續(xù)的金屬沉積層等眾多問(wèn)題,固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用和低功率的光源隨之出現(xiàn)。H.Esrom等[3-4]采用紅外光照射誘導(dǎo)摻雜醋酸鈀的聚酰亞胺高分子膜進(jìn)行分解,然后按照?qǐng)D案把多余的金屬沉積層通過(guò)激光進(jìn)行切除,再通過(guò)化學(xué)鍍銅工藝在鈀金屬上沉積得到所要的圖案。在實(shí)驗(yàn)中,金屬有機(jī)膜被紅外光照射1~2s即分解,然后采用ArF源的激光在不破壞基底的情況下把鈀金屬層根據(jù)圖案切割出來(lái),再采用化學(xué)鍍法在圖案相應(yīng)的區(qū)域上沉積一層金屬銅。這種新型的方法沒有采用傳統(tǒng)的電鍍液,而是采用摻有醋酸鈀的聚酰亞胺高分子膜作為固態(tài)電解液覆蓋在基體上,解決了由于電鍍液的不穩(wěn)定性而帶來(lái)的一系列問(wèn)題。更重要的是,常見的紅外光源也能夠在短時(shí)間內(nèi)引發(fā)金屬沉積。但是這種方法只能應(yīng)用在經(jīng)過(guò)特殊處理的高分子薄膜上,使用局限性明顯,成本昂貴,制備工藝復(fù)雜,沉積層與基底的結(jié)合強(qiáng)度沒有得到保證。面對(duì)如此多的問(wèn)題,在之后的幾年中人們對(duì)于光誘導(dǎo)方法的研究進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)的“冷淡期”,期間鮮見介紹光誘導(dǎo)沉積方法的文獻(xiàn)資料。直到2000年后,憑借著光誘導(dǎo)沉積具有選擇或者圖案沉積金屬鍍層的優(yōu)點(diǎn),相關(guān)的研究學(xué)者又開始在該領(lǐng)域開展了研究,國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)開始涌現(xiàn)。國(guó)內(nèi)有關(guān)光誘導(dǎo)沉積技術(shù)的文獻(xiàn)最早追溯到2006年。國(guó)內(nèi)的研究學(xué)者Chen等[5]研究了激光直接沉積金屬銀鍍層。在實(shí)驗(yàn)中,他們采用了非溶液方法──使用一種銀離子摻雜的聚酰亞胺薄膜,在激光的照射區(qū)域,Ag+離子被還原出來(lái),沉積在基體上。他們還研究了激光的掃描速度對(duì)鍍層連通性的影響,認(rèn)為當(dāng)激光掃描速度過(guò)快,難以得到連通性好的沉積層。這個(gè)研究改良了H.Esrom等[3]的工藝,直接采用激光在基體上根據(jù)圖案誘導(dǎo)沉積,免去了根據(jù)圖形采用激光切除多余沉積層的工序。但是對(duì)于這種預(yù)先把容易光分解的物質(zhì)摻雜在高分子薄膜中的方案,使用起來(lái)還是存在著固態(tài)電鍍液的明顯局限性。以至于光誘導(dǎo)沉積技術(shù)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)難以發(fā)展。從過(guò)渡期的文獻(xiàn)可以看出,人們對(duì)光誘導(dǎo)沉積的研究主要集中在第二類光誘導(dǎo)沉積技術(shù)。這類技術(shù)利用的是鍍液中相對(duì)不穩(wěn)定的化合物能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而被還原的特性,但是在實(shí)際應(yīng)用中能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的金屬離子種類稀少,而且都是昂貴的金屬,沉積鍍層與基底的結(jié)合強(qiáng)度不佳,這些缺陷嚴(yán)重制約了這類光誘導(dǎo)沉積技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
3.2光生電子型光誘導(dǎo)沉積技術(shù)的發(fā)展
隨著微電子和光伏工業(yè)的發(fā)展,人們希望這種不用光敏膠保護(hù)就能夠選擇性沉積的技術(shù)可以應(yīng)用在半導(dǎo)體工業(yè)上。于是,研究人員把光誘導(dǎo)沉積技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體上。1975年,德國(guó)的W.Spth[6]在他的專利中首次介紹了外置光源照射到具有p–n結(jié)的半導(dǎo)體上,利用半導(dǎo)體的光伏特性,在其表面提供金屬離子還原所需要的電子,并利用這些電子在半導(dǎo)體表面上沉積金屬。這種技術(shù)需要具備以下特點(diǎn):(1)基體為具有p–n結(jié)的半導(dǎo)體;(2)外部光源的照射。由于該技術(shù)的應(yīng)用面相對(duì)狹窄,只能應(yīng)用在半導(dǎo)體的沉積上。所以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)沒有引起電鍍研究人員的注意。隨著科技的發(fā)展和器件性能的提高,人們對(duì)器件的制備工藝要求越來(lái)越精細(xì)。由于光誘導(dǎo)沉積技術(shù)具有在精密圖案上選擇性沉積金屬鍍層的優(yōu)點(diǎn),特別適合在微電子工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,人們又把目光投到該技術(shù)上。A.Matte[7]和E.Wefringhaus[8]等人分別在2006年的文章和2007年的報(bào)告中指出,在絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備前電極連線的時(shí)候由于存在極線斷裂,導(dǎo)致電流下降、廢品率增多等現(xiàn)象(見圖2a),而采用光誘導(dǎo)沉積技術(shù)作為絲網(wǎng)印刷技術(shù)的后續(xù)工藝,則可改善單獨(dú)采用印刷銀電極線的厚度及連接性問(wèn)題,能很好地降低電極的串聯(lián)電阻,有效提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率,增加成品合格率,如圖2b所示。這樣光誘導(dǎo)沉積技術(shù)又重回到半導(dǎo)體器件的應(yīng)用上。但文獻(xiàn)中并沒有對(duì)其工藝進(jìn)行具體的討論,同時(shí)用這種光誘導(dǎo)沉積技術(shù)方法來(lái)解決電極連線斷裂的現(xiàn)象還存在一個(gè)很大的局限性,就是極線在斷裂的地方間距要很小,如果印刷導(dǎo)線斷裂間距過(guò)大,那么采用這種方法仍然不能使已經(jīng)斷裂的極線重新連接上。因此,光誘導(dǎo)沉積技術(shù)只是作為制備前電極線、提高成品率的一種輔助方法。但光誘導(dǎo)沉積技術(shù)既可以提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率,還可以增加成品率的特點(diǎn),重新引起人們的關(guān)注,隨后相關(guān)的文章也多了起來(lái)。S.W.Glunz等[9]在2008年第33屆光伏會(huì)議上介紹了光誘導(dǎo)沉積技術(shù)用作增加太陽(yáng)能電池的電壓以提高其轉(zhuǎn)換效率的的方法,認(rèn)為采用光誘導(dǎo)沉積獲取金屬沉積的方法(底層+光誘導(dǎo)沉積)比太陽(yáng)能電池標(biāo)準(zhǔn)金屬化(絲網(wǎng)印刷銀漿+銀漿的燒結(jié))具有更高的效率。另外,由于絲網(wǎng)印刷的金屬漿料中含有不可忽視的膠粘劑,在燒結(jié)過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生氣泡,減少了銀層與底層的接觸面積,增加了導(dǎo)線與硅基體的串聯(lián)電阻。而采用光誘導(dǎo)沉積獲取的銀層能與底層之間產(chǎn)生很好的接觸面。可以看出,光誘導(dǎo)沉積尤其適用于太陽(yáng)能電池,特別適用于準(zhǔn)電極的微細(xì)極線。但是他們還是把光誘導(dǎo)沉積技術(shù)作為絲網(wǎng)印刷技術(shù)的后續(xù)工藝。而在印刷金屬Ni漿作為底層的太陽(yáng)能電池的基底上,采用光誘導(dǎo)沉積的方法在底層上加厚鍍銀層,雖然可以減少昂貴的金屬銀漿的使用,但是還擺脫不了金屬漿料帶來(lái)的副作用──金屬漿料底層存在有機(jī)漿料,在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣體,因此不能與硅表面產(chǎn)生很好的接觸面積,增加了前電極與硅基體的串聯(lián)電阻。為了增加電極與基底的接觸面積,進(jìn)一步得到更好的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率,M.Alemán[10],A.Fioramonti[11]等人重點(diǎn)研究了硅太陽(yáng)能電池的前電極制備,指出與其他方法相比,傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)因存在金屬銀漿而降低了電導(dǎo)率,使導(dǎo)線粗大,并占有大的陰影面積等缺點(diǎn)。提出采用氣溶膠印刷、熱溶墨水、噴涂印刷法結(jié)合光誘導(dǎo)沉積法等技術(shù)能提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率。后者只是通過(guò)減少電極線所占的面積來(lái)獲取轉(zhuǎn)換效率的提升,但它仍然擺脫不了使用價(jià)格不菲的導(dǎo)電墨水及氣溶膠,故仍然存在絲網(wǎng)印刷的缺點(diǎn),即金屬底層與硅表面的接觸面不夠充分。
與此同時(shí),臺(tái)灣的陳智楊[12]研究了光誘導(dǎo)沉積結(jié)合化學(xué)鍍鎳在硅太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用狀況,以便改善網(wǎng)印太陽(yáng)能電池在制造過(guò)程中網(wǎng)印金屬電極因高溫?zé)Y(jié)所產(chǎn)生的缺陷,并進(jìn)一步減少前電極與太陽(yáng)能基體之間因串聯(lián)電阻所帶來(lái)的轉(zhuǎn)換效率損失。但是由于把光誘導(dǎo)沉積技術(shù)作為絲網(wǎng)印刷技術(shù)的后期修補(bǔ),只能改善金屬導(dǎo)線與硅基體以及斷口處導(dǎo)線之間的連接性,并沒能克服太陽(yáng)能電池在制造過(guò)程中絲網(wǎng)印刷銀電極與底層之間產(chǎn)生接觸面不充分的問(wèn)題,而且金屬鍍層與基體表面的結(jié)合度還沒有得到很好地解決。隨著研究的深入,人們不再滿足于單一光誘導(dǎo)沉積銀的現(xiàn)狀。S.Tutashkonko等[13]在2010年第25屆歐洲光伏太陽(yáng)能會(huì)議中介紹了在商用酸銅鍍液中采用的光誘導(dǎo)電沉積銅技術(shù),認(rèn)為沉積銅層在2μm的時(shí)候可以增加太陽(yáng)能電池的效率,在5μm厚度的時(shí)候可以減少引線的電阻。因此,可以減少貴金屬的應(yīng)用,進(jìn)一步降低太陽(yáng)能電池的成本。但是對(duì)于金屬底層的選擇、金屬銅在硅片上擴(kuò)散而帶來(lái)的太陽(yáng)能硅片的失效以及如何解決金屬底層的物理性能等問(wèn)題,仍無(wú)實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。銅是快擴(kuò)散雜質(zhì),銅原子不但很容易擴(kuò)散進(jìn)入氧化物或者介質(zhì)材料,造成互連線的低擊穿,而且銅塊擴(kuò)散到硅中形成深能級(jí)陷阱,或者與硅在較低溫度下反應(yīng)而生成Cu3Si,使有源區(qū)沾污而引起結(jié)漏電和Vt漂移。所以需要在銅與氧化物及介質(zhì)之間加入一層阻擋層。適合的阻擋層材料要能夠阻擋銅原子擴(kuò)散,具有低的薄層電阻和很好的熱穩(wěn)定性。光誘導(dǎo)沉積過(guò)程很適合制備高轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池。以往著重進(jìn)行光誘導(dǎo)沉積溶液和光源的研究,一般是固定電極的位置,即每一種方法的光源都是在前電極的對(duì)面,而沉積液置于電池與光源中間。隨著研究的深入,已有研究者把光源直接安排在電極表面的前面,也有研究者把光源分布在沉積槽中,所取得的效果相當(dāng)顯著。由于人們對(duì)光誘導(dǎo)沉積技術(shù)的關(guān)注,相關(guān)的專利也隨之出現(xiàn)。2010年,AndreasKrause等[14]在其專利上介紹了一種適用于半導(dǎo)體器件的采用光輔助電鍍導(dǎo)線的儀器設(shè)備,如圖3所示。在這個(gè)裝置中,采用LED(發(fā)光二極管)燈作為輔助沉積光源,通過(guò)光度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)光源的亮度來(lái)控制硅器件上的光電流。但由于采用上下電極水平放置的方法,光源從電極背面入射,當(dāng)硅半導(dǎo)體器件背面印刷電極被覆蓋的時(shí)候就阻擋了光源,導(dǎo)致硅半導(dǎo)體器件不能產(chǎn)生光電流。這時(shí)候就不能起到光輔助沉積的作用。同年,GaryHamm[15]在其專利上介紹了一種在太陽(yáng)能半導(dǎo)體上光引發(fā)沉積鎳的方法,即分別采用Ni電鍍液和化學(xué)鍍鎳液在單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池上沉積前電極。J.Bartsch等[16]在銀鍍液中研究了不同光照強(qiáng)度和不同多電極放置位置對(duì)光誘導(dǎo)沉積銀金屬過(guò)程的影響,同時(shí)考察了電極電位和電流對(duì)沉積過(guò)程的影響,確定了沉積參數(shù)。由于采用印刷金屬銀漿作為底層,從而避免了金屬鍍層與基體結(jié)合強(qiáng)度差等問(wèn)題。
3.3光誘導(dǎo)沉積技術(shù)在光伏行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
從文獻(xiàn)年份的分布來(lái)看,人們對(duì)光誘導(dǎo)沉積技術(shù)的研究是斷續(xù)的。這主要是由于以往的光誘導(dǎo)沉積技術(shù)難以給工業(yè)帶來(lái)革新性的發(fā)展,因此相應(yīng)的文獻(xiàn)不多。隨著科技的發(fā)展,精細(xì)器件的出現(xiàn),光誘導(dǎo)沉積技術(shù)可以進(jìn)一步提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率,降低生產(chǎn)成本。但是總體來(lái)看,光誘導(dǎo)沉積技術(shù)的應(yīng)用仍然面臨著諸多問(wèn)題,如電鍍液的穩(wěn)定性、鍍層性能、清潔生產(chǎn)以及提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益等。主要體現(xiàn)在以下方面:
(1)底層與防擴(kuò)散層的制備。因?yàn)榈讓优c防擴(kuò)散層的好壞決定著后期鍍層的性能。
(2)新型電鍍液和新鍍種的開發(fā)。我國(guó)的鍍液性能與國(guó)外相比還有很大差距,隨著對(duì)鍍液性能的要求越來(lái)越高,電鍍行業(yè)迎來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
(3)提高鍍層性能。繼續(xù)新技術(shù)、新工藝、新材料的研究與開發(fā),更好地解決防擴(kuò)散層與基體結(jié)合力的問(wèn)題,提高鍍層的機(jī)械性能和電氣性能,減少貴金屬的應(yīng)用,延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用年限,以達(dá)到大幅度降低生產(chǎn)成本的目的。
在“包裝設(shè)計(jì)”課程學(xué)習(xí)教學(xué)中,以真實(shí)的項(xiàng)目或仿真項(xiàng)目把學(xué)生帶入真實(shí)的工作環(huán)境中,通過(guò)實(shí)際案例的分析、討論、模擬等形式,分階段予以點(diǎn)評(píng)和講授,在“做中學(xué)、學(xué)中做”,以達(dá)到學(xué)生對(duì)職業(yè)技能逐步掌握和熟練的目的。1.形成以職業(yè)能力為基礎(chǔ)的課程目標(biāo)“包裝設(shè)計(jì)”課程是裝潢設(shè)計(jì)專業(yè)崗位技能的核心課程之一,是針對(duì)包裝設(shè)計(jì)崗位開設(shè)的課程。本課程以工作過(guò)程為導(dǎo)向,以工作任務(wù)為載體,在教學(xué)中以項(xiàng)目引領(lǐng)任務(wù)驅(qū)動(dòng)展開教學(xué),并結(jié)合企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程,利用校內(nèi)一體化教學(xué)平臺(tái)和校外實(shí)訓(xùn)基地,充分體現(xiàn)“產(chǎn)學(xué)合作,工學(xué)結(jié)合,教、學(xué)、做合一”的職業(yè)教育思想。課程對(duì)學(xué)生的知識(shí)能力、專業(yè)能力、方法能力及社會(huì)能力三個(gè)方面進(jìn)行了訓(xùn)練和培養(yǎng)。知識(shí)目標(biāo):學(xué)生要了解包裝的分類、包裝的起源與發(fā)展及包裝的功能等基礎(chǔ)知識(shí);了解包裝設(shè)計(jì)市場(chǎng)調(diào)研的內(nèi)容,并能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)定位;掌握包裝造型、文字、圖形、色彩、編排形式以及材料等構(gòu)成要素的應(yīng)用;掌握包裝設(shè)計(jì)的制版技術(shù);掌握系列包裝的設(shè)計(jì)形式;了解與掌握包裝的印刷流程與印刷技術(shù)。專業(yè)能力目標(biāo):學(xué)生能運(yùn)用包裝紙盒結(jié)構(gòu)的知識(shí),設(shè)計(jì)包裝紙盒造型;能對(duì)舊包裝進(jìn)行改良設(shè)計(jì)制作;能設(shè)計(jì)制作系列式包裝作品;能結(jié)合印前技術(shù)知識(shí),熟練操作電腦軟件,制作包裝設(shè)計(jì)作品;能辨別包裝設(shè)計(jì)作品的優(yōu)劣,具有時(shí)尚意識(shí);能對(duì)設(shè)計(jì)作品進(jìn)行總結(jié)、整理、歸納并進(jìn)行書面表達(dá)及口頭表達(dá)。社會(huì)和方法能力目標(biāo):學(xué)生能進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研并搜集相關(guān)素材;能與人進(jìn)行良好的交流、溝通、表達(dá);能分工合作完成項(xiàng)目,具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神;能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題;能客觀的評(píng)定事物并具有正確的價(jià)值觀。2.構(gòu)建“三大項(xiàng)目、五大任務(wù)、十大單元”課程整體框架“包裝設(shè)計(jì)”項(xiàng)目化課程中的關(guān)鍵是項(xiàng)目設(shè)計(jì)。如何科學(xué)合理地設(shè)計(jì)項(xiàng)目,是課程項(xiàng)目化的重中之重。首先必須進(jìn)行深入地市場(chǎng)調(diào)研,結(jié)合崗位能力的需求設(shè)計(jì)項(xiàng)目,并通過(guò)具體任務(wù)完成理論與實(shí)踐教學(xué)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中所選項(xiàng)目,必須輪廓清晰,且工作內(nèi)容典型,有明確而具體的成果展示和完整的工作過(guò)程。結(jié)合包裝設(shè)計(jì)課程項(xiàng)目化的特點(diǎn),構(gòu)建了“三大項(xiàng)目、五大任務(wù)、十大單元”?!叭箜?xiàng)目”,即紙包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目、商品包裝改良設(shè)計(jì)項(xiàng)目、商品系列包裝設(shè)計(jì)項(xiàng)目;“五大任務(wù)”,即牙膏包裝紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)、禮品包裝紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)、三顆針牙膏包裝制作任務(wù)、商品包裝改良設(shè)計(jì)任務(wù)、食品類/化妝品類/日用品類系列包裝設(shè)計(jì)任務(wù);“十大單元”,即牙膏包裝紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)單元、牙膏包裝紙盒結(jié)構(gòu)成品制作學(xué)習(xí)單元、禮品包裝紙盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)單元、禮品包裝紙盒結(jié)構(gòu)成品制作學(xué)習(xí)單元、三顆針牙膏包裝展開圖制作學(xué)習(xí)單元、三顆針牙膏包裝效果圖制作學(xué)習(xí)單元、商品包裝改良設(shè)計(jì)創(chuàng)意簡(jiǎn)報(bào)學(xué)習(xí)單元、商品包裝改良設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)單元、商品市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告學(xué)習(xí)單元、商品系列包裝設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)單元。采用項(xiàng)目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的形式,由易到難逐漸遞進(jìn)把知識(shí)點(diǎn)融入到項(xiàng)目任務(wù)中,完成教學(xué)全過(guò)程?!鞍b設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用兩種形式:一種是模擬項(xiàng)目。由教師模擬企業(yè)真實(shí)工作過(guò)程,遵循職業(yè)教育培訓(xùn)的每個(gè)階段,結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí),由淺入深設(shè)計(jì)一系列相互聯(lián)系的項(xiàng)目。例如:紙包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目和商品包裝改良設(shè)計(jì)項(xiàng)目,由教師模仿企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目環(huán)節(jié)和流程設(shè)計(jì)項(xiàng)目類型,學(xué)生自己確定選題,提供給學(xué)生充分的自由發(fā)揮空間。另一種是企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目。學(xué)校與企業(yè)建立合作關(guān)系,引進(jìn)企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相一致,使之具有一定的應(yīng)用價(jià)值。例如:商品系列包裝設(shè)計(jì)項(xiàng)目,在課程教學(xué)中引進(jìn)企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目:“林都”食用菌壓縮系列包裝設(shè)計(jì)項(xiàng)目和小蜜蜂花粉片系列包裝設(shè)計(jì)項(xiàng)目,通過(guò)真實(shí)或仿真的項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立計(jì)劃、學(xué)習(xí)和完成工作內(nèi)容,自行組織、安排學(xué)習(xí)行為,以及處理在項(xiàng)目中出現(xiàn)的問(wèn)題等能力。隨著項(xiàng)目所承載的知識(shí)點(diǎn)的逐漸遞進(jìn),學(xué)生在完成工作任務(wù)的過(guò)程中能應(yīng)用所學(xué)知識(shí)提高技能,又能在一定范圍內(nèi)學(xué)習(xí)新的知識(shí)和培養(yǎng)新的技能,解決過(guò)去從未遇到過(guò)的實(shí)際問(wèn)題,項(xiàng)目實(shí)施成果的最終評(píng)價(jià)由企業(yè)專家、教師和學(xué)生共同完成。3.理論與實(shí)踐相結(jié)合,創(chuàng)建實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)平臺(tái)以往的教學(xué)理論與實(shí)踐相脫節(jié)的現(xiàn)象嚴(yán)重,實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)就是要將理論與實(shí)踐相結(jié)合,即理論實(shí)踐一體化教學(xué)。通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)承載知識(shí)點(diǎn),提高學(xué)生適應(yīng)工作內(nèi)容的能力,在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用,通過(guò)設(shè)定完整的教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo),讓學(xué)生邊學(xué)、邊做,實(shí)現(xiàn)做中學(xué)、學(xué)中做。構(gòu)建素質(zhì)和技能培養(yǎng)框架,豐富課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),提高教學(xué)質(zhì)量?!鞍b設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)環(huán)節(jié):任務(wù)布置與分析市場(chǎng)調(diào)研與資料搜集知識(shí)點(diǎn)講解與技術(shù)支持制作與實(shí)施展示與評(píng)價(jià)。理論和實(shí)踐交替進(jìn)行不分先后,理論中有實(shí)踐,實(shí)踐中有理論,理論與實(shí)踐緊密結(jié)合,是一種突出學(xué)生動(dòng)手能力和專業(yè)技能的培養(yǎng),充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)方法?!鞍b設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)目化教學(xué),必須依托理實(shí)一體化教學(xué)平臺(tái),裝潢設(shè)計(jì)專業(yè)搭建了多媒體教室、平面設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室和絲網(wǎng)印刷工藝實(shí)訓(xùn)室等理實(shí)一體化教學(xué)平臺(tái)。其中多媒體教室是學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)和繪制包裝設(shè)計(jì)作品草圖的教學(xué)場(chǎng)所。平面設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室占地面積55平方米,液晶屏電腦40臺(tái),配有多媒體教學(xué)設(shè)施,學(xué)生可以在此完成包裝設(shè)計(jì)作品的電腦制圖階段。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐教學(xué),學(xué)生可以了解平面設(shè)計(jì)工作的流程,通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的項(xiàng)目引領(lǐng),可以培養(yǎng)學(xué)生掌握崗位技能的操作能力和設(shè)計(jì)能力。絲網(wǎng)印刷工藝實(shí)訓(xùn)室是完成包裝設(shè)計(jì)作品成品制作的實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)所,絲網(wǎng)印刷實(shí)訓(xùn)室配備成套絲網(wǎng)印刷設(shè)備,包括制網(wǎng)機(jī)、紫外線曬網(wǎng)機(jī)、多功能絲網(wǎng)印刷機(jī)等。能夠提供絲網(wǎng)印刷工藝拓稿、制網(wǎng)、涂抹感光膠、感光膠干燥、曬版、沖網(wǎng)、印刷、脫膠所有工藝流程所需的一切必需品和設(shè)備。
校企合作,工學(xué)結(jié)合教學(xué)模式
1.密切校企合作關(guān)系,引進(jìn)企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目學(xué)校在“包裝設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)目化實(shí)施過(guò)程中,注重培養(yǎng)與企業(yè)的合作關(guān)系,如引進(jìn)了黑龍江省伊春市林都山特產(chǎn)有限責(zé)任公司的“林都”食用菌壓縮系列包裝設(shè)計(jì)項(xiàng)目,學(xué)生設(shè)計(jì)了野生猴頭蘑、野生榛蘑、野生黑木耳等產(chǎn)品的系列包裝設(shè)計(jì)作品,獲得了企業(yè)的好評(píng),部分作品被企業(yè)采納。引進(jìn)了牡丹江小蜜蜂集團(tuán)的小蜜蜂花粉片系列包裝設(shè)計(jì)項(xiàng)目,企業(yè)采納了部分學(xué)生的設(shè)計(jì)作品,并參與了教學(xué)全過(guò)程,提供了市場(chǎng)調(diào)研場(chǎng)所、設(shè)計(jì)資料并參與了課程考評(píng),課程考評(píng)過(guò)程中,在被采納的作品中,評(píng)選出一等獎(jiǎng)1名,二等獎(jiǎng)2名,三等獎(jiǎng)3名,由企業(yè)提供獎(jiǎng)金和獎(jiǎng)品,企業(yè)專家親自頒獎(jiǎng),激勵(lì)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)了學(xué)生的職業(yè)能力,養(yǎng)成了學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)。2.校企深度融合,創(chuàng)建校外實(shí)訓(xùn)基地“包裝設(shè)計(jì)”課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)非常重要,加大實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)是課程建設(shè)的重要保障。在校內(nèi)建立了包裝設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室、包裝材料實(shí)訓(xùn)室、包裝印刷實(shí)訓(xùn)室等實(shí)訓(xùn)基地,并逐步建立和完善校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)基地,目前,已建成哈爾濱鑫文陽(yáng)印務(wù)有限公司、黑龍江省孜聞傳視企業(yè)形象設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司、哈爾濱大鱷廣告有限公司、哈爾濱格覺文化傳播有限公司、哈爾濱傳承和諧品牌設(shè)計(jì)公司等10多家校外實(shí)訓(xùn)基地。在企業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)下,對(duì)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)技能講解與示范,使學(xué)生深入包裝設(shè)計(jì)印刷的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí),這樣既能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,又能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
實(shí)施“兩個(gè)結(jié)合”的教學(xué)模式