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丝网印刷技术简介

前面介绍了电化学血糖传感器发展和血糖试纸的组成,这篇主要介绍血糖试纸上油墨印刷的丝网印刷技术。

血糖试纸上的工作电极、参比电极、触发电极以及绝缘油都是通过丝网印刷技术印到基板上的。

丝网印刷技术广泛应用于电极试纸的印刷过程中。除血糖试纸外,血酮试纸、血红蛋白试纸、胆固醇试纸等,都是利用丝网印刷技术将导电油墨和绝缘油墨印刷到基板上。血糖试纸图片如下图所示。

血糖试纸

丝网印刷技术(Screen Printing Technology)

通过层层沉积将油墨印刷在基板(PVC、玻璃纤维、陶瓷、聚酯薄膜、氧化铝等)上,利用丝网模版形成电极图形,然后将电极烘烤去除油墨中的溶剂,使电极条定型固化。

该技术是印刷行业的一项传统工艺,于20世纪60年代开始用于电子工业,如制作电路板、太阳能电池等。

丝网印刷技术优点

丝网印刷技术具有如下特点:

1)制作成本低;

2)重复性好;

3)印刷速度快;

4)易于实现自动化生产;

丝网印刷技术原理

血糖试纸上的油墨印刷由丝网印刷机完成。丝网印刷机由承印平台、平台网板、印刷头组件及相关传动装置。

丝网印刷印制前,开启真空吸附开关,将基板固定在承印平台,并用印刷夹持器将丝网网版固定好,在夹持点施加一定压力但不破坏网框。印刷油墨时,先调整好刮板的高度和速度,使刮板在运行过程中将浆料铺展在整个网板,然后调节回墨刀的角度和速度,使浆料在一定的压力下压入网板的网孔中。印压完成后,丝网在张力的作用下自动回弹,使丝网与基片分离,然后基板上就得到了预先的图案。印刷示意图及印刷过程如下图所示。

丝网印刷机示意图
丝网印刷电极的基本过程

丝网印刷技术在血糖试纸的应用中主要关注两方面,一方面是印刷油墨的选择,另外一方面是工艺参数的优化。下面主要介绍印刷油墨相关的知识。

印刷油墨

按不同原料组成可以分为导电碳浆、导电银浆和绝缘油。按照导电与否,可以将油墨分为导电油墨和绝缘油墨。

导电油墨一般由导电材料、粘合剂、溶剂和添加剂组成。

导电材料

提供导电能力,常见的导电材料由金、铂、碳、银和铜。

金粉的化学性能稳定,导电性能优异,但价格比较贵,限制了其应用范围。

银粉导电性能良好,化学性能稳定,主要用途是制备高稳定性、低方阻导电浆料。

铜粉的传导性能优良,但铜粉极易氧化,在电极印刷后的高温固化过程中表现明显。

碳粉的方阻大,但碳粉资源丰富,而且成本低,具有经济性优势。常见的碳粉类型有石墨、碳纤维等。

粘合剂

粘结剂的作用是让导电微粒分散在其中形成具有一定粘度和流变特性的悬浮体。

常见的粘结剂有环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂等。

粘结剂是导电油墨的成膜物质。

印刷电极加热的过程中,溶剂挥发,粘结剂使导电材料之间、粒子与基材之间形成稳定的结合。

粘结剂通常为绝缘体,在电极高温固化的过程中,如果固化温度没达到工艺要求,则导电微粒之间就不容易形成紧密的连接。

溶剂

溶剂在导电碳浆中的作用主要有两点:

1)溶解粘结剂,以使导电材料均匀分散在高分子溶液中;

2)调节导电碳浆的粘度;

常见的溶剂主要有醇、酮、酯、芳烃等。

在导电油墨的印刷过程中,设定的工艺参数,如烘干温度、烘干时间,要保证溶剂能被完全去除。

助剂

助剂的添加是用于改善油墨的使用性能。不同助剂有不同的作用,如添加抗氧化剂可以改善导电材料的抗氧化性,,添加润湿分散剂以改善导电粒子在粘结剂体系中的分散性。

在血糖试纸的生产过程中,印刷油墨都是买商品化导电碳浆、银浆和绝缘油,并不需要自己配置。只是在购买印刷油墨的时候,需要学会筛选。

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