这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

作者及机构
本研究的通讯作者为Xiangcheng Chu（清华大学材料科学与工程学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室）和Songmei Yuan（北京航空航天大学机械工程及自动化学院高效绿色数控加工工艺与装备北京市工程技术研究中心）。其他作者包括Chaochao Sun（第一作者）、Jiaqi Chen、Shuhao Yan和Damei Jiang。研究发表于期刊Additive Manufacturing第66卷（2023年），论文标题为《Piezoelectric-Pneumatic Micro-Jet Printing of High Viscous Piezoelectric Slurry》。

学术背景
本研究属于功能陶瓷增材制造（additive manufacturing, AM）领域，聚焦于压电陶瓷材料的3D打印技术。压电陶瓷（如钛酸钡，BaTiO₃, BTO）因其在声学、传感器、生物医学设备等领域的应用而备受关注，但传统制造方法（如干压成型）难以实现复杂几何结构的制备。尽管现有3D打印技术（如墨水直写DIW、数字光处理DLP）已用于陶瓷打印，但高粘度浆料（黏度>10⁵ mPa·s）的打印仍面临挑战，尤其是纳米颗粒浆料的均匀性和成型精度问题。

本研究旨在开发一种新型压电-气动微喷印（Piezoelectric-Pneumatic Micro-Jet, PPMJ）技术，以解决高固含量（50 vol%）、高粘度（383,135 mPa·s）BTO浆料的打印难题，并验证其打印件的介电与压电性能是否媲美传统方法。

研究流程
1. 浆料制备与优化
- 材料选择：采用100 nm粒径的BTO粉末，对比三种树脂（自配树脂、水基树脂、油基树脂）和四种分散剂（PEG、PAA、BYK-110、KOS-110）对浆料均匀性的影响。
- 分散剂优化：通过流变仪测试黏度，结合SEM观察颗粒分散状态，确定KOS-110为最优分散剂，最佳添加量为5 wt%。
- 固含量调控：制备28–50 vol%固含量的浆料，测试其剪切稀化行为和光固化深度，发现高固含量浆料（50 vol%）黏度达383,135 mPa·s，需调整曝光时间（2.5 s）以避免分层。

1. PPMJ打印系统开发

   • 设备创新：自主研发的PPMJ系统结合压电堆栈与气动泵，喷嘴直径0.2 mm，喷射频率高达1000 Hz，支持黏度范围21–665,320 mPa·s的流体打印。
     
   • 参数优化：针对不同黏度浆料调整电压（80–135 V）、气压（20–80 kPa）和时序参数（如上升时间0.5 ms），实现高精度网格结构打印（层高0.17–0.2 mm）。
     

2. 后处理与性能测试

   • 脱脂与烧结：根据TG-DSC分析，设计阶梯式升温程序（200–450℃脱脂，1350℃烧结2 h），烧结密度达5.7±0.023 g/cm³（理论值的95%）。
     
   • 性能表征：
     
     • 介电性能：1 kHz下介电常数εᵣ=572.7±1.1，介电损耗tanδ=0.0362±0.0001。
       
     • 压电性能：压电常数d₃₃=133±1.3 pC/N，与干压成型样品（136±1.8 pC/N）相当。
       

主要结果
1. 浆料性能：KOS-110分散剂使40 vol%浆料黏度降至2350 mPa·s（剪切速率12.2 s⁻¹），SEM显示颗粒分散均匀。
2. 打印能力：PPMJ成功打印50 vol%浆料，精度显著高于DIW（喷嘴直径0.6 mm）和DLP（黏度限制<3000 mPa·s）。
3. 烧结性能：1350℃烧结后，样品晶粒尺寸均匀，无异常生长，XRD证实为纯四方相BTO（PDF#81–2201）。
4. 功能验证：打印件介电-温度谱显示居里温度（T_c）为146±2.3℃，高于经验值（120℃），归因于纳米颗粒的高烧结驱动力。

结论与价值
1. 科学价值：首次将PPMJ技术应用于压电陶瓷打印，突破了高粘度纳米浆料的成型限制，为复杂结构功能陶瓷的增材制造提供了新方法。
2. 应用价值：打印件性能与传统工艺相当，可直接用于传感器、换能器等器件，满足个性化电子设备需求。

研究亮点
1. 技术创新：PPMJ系统实现宽黏度范围（10⁻³<30）浆料的微米级打印，体积误差<±5%。
2. 材料突破：50 vol%固含量浆料的打印密度达理论值95%，为目前纳米BTO浆料的最高报道值。
3. 多学科交叉：结合流变学、光固化和烧结动力学，系统性优化浆料配方与工艺参数。

其他发现
- 环氧复合：通过孔隙填充环氧树脂制备的BTO/环氧复合材料，在低频（100 Hz）下介电常数达1001，拓展了柔性电子应用潜力。
- 对比分析：与文献中DIW、DLP技术对比，PPMJ在固含量、喷嘴尺寸和打印速度上均具优势（详见表2）。

此研究为功能陶瓷的复杂结构设计与高性能化提供了全新解决方案，相关技术有望推动电子器件的小型化与定制化发展。