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【資料圖】

三維(3D)打印在過去幾年中變得越來越先進，并已成功用于創(chuàng)造無數(shù)物品，包括玩具、家具和電子元件。隨著3D打印設(shè)備變得越來越便宜，它也有可能被用于制造可穿戴設(shè)備的軟電子元件。

盡管3D打印在這一領(lǐng)域前景廣闊，但迄今為止很少成功地用于生產(chǎn)復(fù)雜而靈活的電子產(chǎn)品。原因之一是可以導(dǎo)電的固態(tài)彈性材料很難使用現(xiàn)有的墨水進行打印。

韓國科學(xué)技術(shù)研究院的研究人員最近展示了成功使用3D打印制造可以導(dǎo)電的彈性組件。他們提出的打印策略在NatureElectronics的一篇論文中有所概述，可能為可穿戴設(shè)備的多功能和可拉伸組件的大規(guī)模打印鋪平道路。

該團隊使用3D打印實現(xiàn)彈性導(dǎo)體在很大程度上得益于他們設(shè)計的新型乳液基復(fù)合油墨。這種特殊的墨水由分散在導(dǎo)電彈性體中的液體成分組成，導(dǎo)電彈性體是一種導(dǎo)電的橡膠材料。

ByeongmoonLee、HyunjooCho和他們的同事在他們的論文中寫道：“打印具有三維幾何形狀的固態(tài)彈性導(dǎo)體具有挑戰(zhàn)性，因為現(xiàn)有墨水的流變特性通常只允許分層沉積。”

“我們展示了一種乳液系統(tǒng)——由導(dǎo)電彈性體復(fù)合材料、不混溶溶劑和乳化溶劑組成——可用于彈性導(dǎo)體的全方位印刷。復(fù)合材料的粘彈性能為印刷特征提供結(jié)構(gòu)完整性——允許獨立的、絲狀的和直接寫入的平面外三維幾何形狀——以及提供打印穩(wěn)定性和防止噴嘴堵塞的假塑性和潤滑行為。”

與3D打印中常用的其他墨水相比，研究人員使用的復(fù)合墨水具有許多優(yōu)勢。具體來說，它表現(xiàn)出粘彈性、剪切稀化和潤滑性能，更好地支持復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)的打印。

Lee、Cho和他們的同事在他們的論文中寫道：“本征可拉伸導(dǎo)體的印刷結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出小于100μm的最小特征尺寸和超過150%的可拉伸性。”“乳液中分散溶劑相的蒸發(fā)導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)化、表面局部化的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，從而提高了導(dǎo)電性?！?/p>

為了展示他們的3D打印方法和他們設(shè)計的基于乳劑的墨水的潛力，研究人員打印了彈性互連，然后他們將其用于創(chuàng)建具有可拉伸顯示屏的可穿戴溫度傳感器。該設(shè)備被發(fā)現(xiàn)性能良好，同樣的方法很快也可以用于制造其他各種可拉伸和導(dǎo)電組件。

在他們的論文中，Lee、Cho和他們的同事強調(diào)了將他們的方法與3D掃描技術(shù)相結(jié)合的可能性，以創(chuàng)建與人體形狀完美對齊的軟電子產(chǎn)品，從而使用戶佩戴起來更加舒適。此外，他們創(chuàng)造的墨水可以激發(fā)其他基于乳液的墨水的創(chuàng)造，這些墨水具有相似的功能，但基于不同的成分和彈性體。