具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1给出本发明微结构形貌调控方法流程图，电流体喷印微结构形貌调控方法包括以下步骤：

(1)启用电纺丝喷头在基板上喷印线阵，喷印后在喷印线阵上方施加形貌调控电场；

(2)检测喷印线与基板的接触角，将其与目标接触角比较，依据比较结果施加电场调控信号，由此实施对线形貌的调控；

(3)检测喷印线阵交叉点的厚度分布，将其与目标厚度分布比较，依据比较结果施加电场调控信号，由此实施对线阵交叉点形貌的调控；

(4)采用电雾化模式在线阵围成的网格中喷印液滴，待液滴流平后形成微结构；

(5)检测微结构的厚度和形状，将其与目标厚度和形状比较，依据比较结果施加电场调控信号，由此实施对微结构形貌的调控。

下面更进一步地对上述步骤详细说明：

本发明优选采用电极阵列4施加电场调控信号。参见图2，所述的电极阵列由多个电极布局形成板状电极阵列，每个电极可以分别施加大小不同的电压，在基板各处产生大小不同的匀强电场。

图3是本发明方法对线形貌调控示意图。所述步骤(2)通过在线检测喷印线形貌，将其与目标线形貌对比，输出线形貌调控信号。线形貌采用喷印线与基板的接触角表征，接触角的观测可通过采集线截面最大轮廓面图像，并由图像处理得到。

电场调控信号按照如下方式产生：

其中，代表线形貌电场调控信号；θ_p为第p条线与基板的接触角；K_l、C_l为施加电压与目标接触角之间的相关系数，K_l、C_l由对电压与接触角标定的关系曲线进行选取；m代表电极阵列的行数，n代表电极阵列的列数；表示第i行j列的电极状态控制信号，电极施加正电压时被赋值为1、施加负电压时被赋值为-1、不施加电压时被赋值为0。

图4是本发明方法对线阵交叉点调控示意图。所述步骤(3)通过在线检测线阵交点形貌，将其与目标线阵交点形貌对比，输出线阵交点形貌调控信号。线阵交点形貌采用线阵交点区域的平均厚度和线阵交点整体区域平均厚度表征。线阵交点形貌调控电场信号按照如下方式产生：

其中，代表线阵交点形貌电场调控信号；h_c代表第i行j列的电极对应线阵交点区域的平均厚度；代表线阵交点整体区域平均厚度；K_c、C_c为施加电压与厚度差的相关系数，K_c、C_c由对电压与交点处的厚度标定的关系曲线进行选取；m代表电极阵列的行数，n代表电极阵列的列数；表示第i行j列电极的状态控制信号，电极施加正电压时被赋值为1、施加负电压时被赋值为-1、不施加电压时被赋值为0。

图5是本发明方法对微结构形貌调控示意图。所述步骤(4)通过在线检测微结构形貌，将其与目标微结构形貌对比，输出微结构形貌调控信号。微结构形貌采用微结构的最大厚度值、最小厚度值、微结构的俯视投影最小外切圆直径表征。微结构形貌电场调控信号按照如下方式产生：

其中，代表微结构形貌电场调控信号；微结构形貌包括h_max、h_min和d，h_max代表需调控微结构的最大厚度值，h_min代表微结构的最小厚度值；d为微结构的俯视投影最小外切圆直径；K_h、K_d、C_m为施加电压与微结构形貌之间的相关系数，K_h、K_d、C_m由对电压与微结构形貌标定的关系曲线进行选取；m代表板状电极阵列的行数，n代表板状电极阵列的列数；表示第i行j列的电极板的状态控制信号，电极施加正电压时被赋值为1、施加负电压时被赋值为-1、不施加电压时被赋值为0。

图6是本发明电流体喷印微结构形貌调控系统及工作原理示意图。电流体喷印微结构形貌调控装置，包括：形貌观测模块1，检测喷印线与基板的接触角、喷印线阵交叉点的厚度分布、微结构的厚度和形状；系统控制模块，按照上述方法产生电极调控信号；形貌调控模块3，依据电极调控信号对电极阵列的电压大小进行调节；电极阵列4，包括多个电极，各电极充电后在其与基板之间形成电场，以对线形貌、线阵交叉点形貌、微结构形貌实施调控。

形貌观测模块1包括形貌观测相机11、三维形貌观测单元12和视觉处理单元13，形貌观测相机11用于观测线阵与微结构的接触角，水平布置布置在基板上，获取线阵及微结构侧面轮廓信息，并将观测的图像信息传输至视觉处理单元，图像处理后得到接触角信息；三维形貌观测单元12优选采用白光干涉视觉方案，用于测量获取线阵及微结构的厚度分布情况，并将数据传输至视觉处理单元13，提取微结构的最大厚度，最小厚度及俯视投影最小外接圆直径。

形貌调控模块3接收实时处理控制器的调控信号对各电极的电压大小进行调节，实现对线阵及微结构的接触角进行调控，从而实现对线阵及微结构的形貌进行闭环调控；电极阵列与基板运动结构集成在一起；

图7是将本发明形貌调控系统应用于电流体喷印微结构的整体装置结构图。该装置包括电流体喷印模块、形貌检测模块、固化模块、表面处理模块、形貌调控模块、氛围控制模块、系统控制模块等多个模块，其中：

该电流体喷印模块5包括喷头单元51、喷印辅助装置52、基板53；喷头单元51集成了供墨系统与喷头，在喷头与基板之间施加电压实现喷印；喷头单元51设置在具有X、Y、Z方向移动自由度及Z方向转动自由度的运动模块上，喷印辅助装置52通过连接件与喷头单元相连；基板13设置在具有X、Y方向移动自由度及Z方向转动自由度的运动模块上。

该形貌观测模块1包括形貌观测相机11，三维形貌观测单元12，视觉处理单元13。该三维形貌检测单元设置在具有Z自由度的运动组件上，优选采用白光干涉视觉方案，用于对基板上的线阵和点阵在固化前后分别进行厚度、体积和均匀性在内的实时视觉检测；该形貌观测相机用于观测线阵与微结构的接触角，并固定在基板运动平台上；以及用于对喷射状态及喷印后的线阵及微结构进行检测。

该固化模块6包括光固化单元61、热固化单元62；光固化单元61包括UVLED，用于对基板上的线阵及微结构进行光固化；热固化单元62包括热板，用于对基板上的线阵及微结构进行固化及对基板进行干燥处理；光固化单元61安装具有X、Y自由度的运动部件上；热固化单元62与基板运动结构集成在一起；固化模块与喷印模块集成在一起，便于对喷印后的线阵及微结构进行固化。

该表面处理模块7包括亲水材料喷涂单元71，疏水材料喷涂单元72，干燥装置73。亲水喷涂装置71可以将喷涂亲水溶液在基板上，疏水材料喷涂装置72喷涂疏水材料在打印线阵的基板上，干燥装置73可以将流平的溶液进行干燥固化。表面处理模块安装于独立仓室内，用于调节基板和喷印的线阵的亲疏水性。

电极背板4由板状电极阵列组成，各电极可以分别施加大小不同的电压，在基板各处产生大小不同的匀强电场。电极背板与基板运动结构集成在一起。该形貌调控模块3接收实时处理处理控制模块的调控信号对各电极的电压大小进行调节，实现对线阵及微结构的接触角进行调控，从而实现对线阵及微结构的形貌进行闭环调控。

该氛围控制模块8包括箱体、过滤净化单元、温度控制单元、传感器反馈单元、氛围控制器；箱体为密闭结构，提供微结构自组装制造空间；过滤净化单元将空气中的水蒸汽、氧气及气体中的微细颗粒等去除并根据需要产生惰性气体环境；温度控制单元使箱体内温度保持稳定；传感器反馈单元用于监测箱体内的水氧含量、压力、及温度，并将信号反馈至氛围控制单元；氛围控制器根据传感器反馈单元信号对箱体内氛围进行调控，保证箱体内的超纯环境及温度稳定。

该系统控制模块2包括实时处理控制模块21、喷头控制器22、、固化控制器23；喷头控制器22用于对喷头电压及喷印辅助装置的参数进行调控和喷头单元及基板的运动控制；固化控制器23用于对光固化单元及热固化单元进行控制；实时处理控制器21分别与喷头控制器、形貌调控模块、视觉处理单元、固化控制器相连，其中的系统控制模块根据对线阵及微结构检测结果对形貌调控模块进行闭环控制。

对于电流体喷印模块5而言，电流体喷印模块具有多套喷头单元51，优选有一套电纺丝喷头单元和一套电雾化喷头单元，电流体电纺丝喷印模式与电雾化喷印模式相互配合完成微结构自组装高效制造，其中电流体电纺丝模式喷印出线阵，采用电雾化模式在线阵上方进行雾化喷涂，待液滴流平后在线阵围成的区域内自组装形成微结构；喷印辅助装置52可以根据电纺丝喷印或电雾化喷印需求选择静电聚焦辅助装置、萃取电极辅助装置、轨迹诱导装置中的一种或多种，当在绝缘基板上打印时，优选集成萃取电极辅助装置，当需要对卫星液滴进行抑制时优选集成静电聚焦辅助装置，当需要对墨滴在空中飞行的轨迹进行控制时，优选集成轨迹诱导装置。

对于喷头单元51而言，喷头单元由单排多喷头组成，喷头控制器使喷头沿Z轴转动，实现不同间距的线阵喷印，线阵间距优选按照以下公式进行调控：

L_p＝k_p·L·cosα

其中，L_p表示喷印的第p条线与第(p+1)条线的间距；L表示两相邻喷孔之间的间距；k_p表示喷印第p条线与第(p+1)条线的两个喷孔之间的间隔数；α表示喷头沿Z轴旋转的角度。

图8是本发明带有微结构形貌调控的电流体喷印微结构制造工艺示意图，包括以下步骤：

(a)对系统进行初始化，根据实验需求，输入多个设定参数，如喷头电压幅值等；将基板放置在表面处理模块进行亲水处理；

(b)先用电纺丝喷头模块在基板上喷印线阵，线阵沿两个方向，组成网状，根据需求两个方向可以选择垂直或者其他角度；

(c)旋转基板，使形貌观测相机观测到线阵截面最大轮廓面，实时观测线阵在基板上的接触角及形貌，当接触角及形貌与预设不相符时，系统控制模块向形貌调控模块发送一个调节信号，通过调控电极背板产生电场，对线阵的接触角进行调节；

(d)采用所述白光干涉视觉单元对线阵交叉点处形貌进行检测，获得交叉点附近区域的厚度分布，当分布不符合要求时，系统控制模块向形貌调控模块发送调节信号，通过调控电极背板产生电场，促进液滴流平；

(e)启用基板加热或者用固化灯对线阵进行固化处理；

(f)采用所述表面处理模块对固化后的基板及线阵进行表面处理，使喷雾对线阵及基板疏水；

(g)采用所述电雾化模块对线阵进行雾化喷涂，雾化液滴流平后形成微结构，喷涂前对喷头缺陷进行检测，根据喷头缺陷不同选择不同的喷涂方式，优选通过关闭缺陷喷头与部分无缺陷喷头进行图案化喷涂；喷涂待液滴流平后用所述光学检测模块对形成的微结构进行形貌及一致性检测，并记录缺陷分布图，如果一致性较差可以根据缺陷情况可选择重复改步进行局部补喷；

(h)根据缺陷分布图，所述系统控制模块向形貌调控模块发送调节信号，通过调控电极背板产生电场，调节微结构的曲率，并通过光学检测模块对微结构一致性进行实时检测，形成闭环控制；

(i)采用所述固化模块，对微结构进行加热固化或者光固化。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。