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俄罗斯开发“掺铕氧化锆纳米颗粒”全息打印墨水
2017年08月29日 发布 分类:技术前沿 点击量:3651
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近日,俄罗斯圣彼得堡“国立信息技术、机械与光学大学(ITMO)”的研发团队宣布,他们开发出一种基于掺铕氧化锆纳米颗粒油墨印刷发光结构的新型墨水。这种墨水不仅具有很好的稳定性和耐久性,并且可以通过普通的喷墨打印机制备定制全息图。

 

在各种表面上的进行打印的实例

 

相关研究成果发表在近期的Nanoscale期刊上。("Inkjet Fabrication of highly efficient luminescent Eu-Doped ZrO2 Nanostructures")

 

早在2015年,该团队就开发了世界上第一种使用喷墨打印机打印全息图像的方法。当时,该团队使用的是基于二氧化钛的墨水。此次,这种新墨水最有前景的应用领域之一就是安全印刷,如纸币、债券以及防伪文件的印刷制造。与现有技术不同,这种新方法可以在工业规模上创建各种各样的全息图,例如在需要保护的文档上印刷特定的图案或数字序列。

 

“铕掺杂的二氧化锆是一种已经被全世界各地的研究人员研究和使用了几十年的材料。但是我们研究的独特之处在于,我们使用这种材料来保护彩虹全息图的表面。为此,我们必须获得这种材料的特定参数。尤其是,这种墨水中所含纳米颗粒的尺寸必须接近相同,而决定材料粘度的流变学参数也有严格的要求,否则墨水就会不合适喷墨打印。我们的目标是将最初在试管中合成的材料转化成可以印刷并应用于任何表面的稳定的胶体。我们的研究描述了制备这种功能性墨水的确切过程。”Alexandr Vinogradov,该研究的合作者、ITMO大学生物化学研究组的研究与负责人对该技术评论道。他指出,该产品已准备好实际应用。新墨水与现有打印头类型兼容,可与现有制作功能一起使用。

 

备注:铕掺杂的二氧化锆纳米颗粒与墨水制备

研究人员采用了非水溶胶-凝胶法,通过控制合适的温度、合成时间、溶剂来合成出形态严格分布的二氧化锆纳米颗粒。具体的,他们在45mL特氟隆烧杯中将丙酸氧锆(IV)(70%正丙醇)溶于无水苄醇(BnOH)中。对于掺杂的样品,在加入Zr前驱体之前,将预先溶解在BnOH中的0.7mmol的铕乙酸酯与溶剂混合。使用前驱体的总量为6.42mmol,混合物的总体积为20mL。将密封的特氟隆烧杯放入钢制高压釜中。将装有不同样品的高压釜在220℃的炉中分布加热48、72和144小时。将得到的透明悬浮液中的乳状沉淀物用乙醇充分洗涤至少三次,并分离。将一部分沉淀物在室温下干燥以进行进一步分析,另一部分(湿)用于制备水溶胶。在获得稳定溶胶的过程中,将1mL乙酸加入到上述湿沉淀物和5mL去离子水中。乙酸起到质子供体的作用并分解超晶格。将该混合物在磁力搅拌器上进一步搅拌2分钟,即直到所有沉淀物变成溶胶并且溶液变得透明。

 

酸性处理前后Eu掺杂的ZrO2纳米颗粒的照片

 

将前述所得的溶胶在真空干燥器中进行部分蒸发3小时,以增加纳米颗粒的浓度并降低酸含量。将1mL蒸发后的溶胶与3mL乙二醇混合以增加粘度。此外,还加入10μL含氟表面活性剂DX4010N以降低油墨中的表面张力。所获得的油墨具有约30mN·m-1的表面张力和9.5cP的粘度,与Dimatix牌打印机十分匹配。

 

将打印机标准液体弯液面的值设定为4,而打印头的温度设定为28℃。设定在印刷时间内每120秒定期进行一次印刷头的清洁程序。对于样品的打印,仅使用一个喷墨头。液滴产生的频率为1kHz。将待打印的基体固定在打印机的真空工件台上,并用异丙醇彻底清洗以除去任何残留物。使用1mm厚度的显微镜玻璃、等离子体活化全息膜以及1000俄罗斯卢布的钞票作为基体。此外,为了墨水的稳定、快速干燥以及咖啡环效果的控制,打印阶段的温度控制在45℃。

 

参考来源:江苏纳米创新中心


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