用于可拉伸电子产品的3D打印弹性导体

三维(3D)打印在过去几年中变得越来越先进，并已成功用于创建无数物品，包括玩具，家具和电子元件。随着3D打印设备变得越来越便宜，它也有可能用于制造可穿戴设备的软电子元件。

尽管3D打印在这一领域很有前途，但到目前为止，它很少被成功用于生产复杂而灵活的电子产品。其中一个原因是，使用现有油墨很难打印可以导电的固态弹性材料。

韩国科学技术研究院的研究人员最近展示了使用3D打印成功制造可以导电的弹性部件。他们提出的打印策略在Nature Electronics的一篇论文中概述，可能为可穿戴设备的多功能和可拉伸组件的大规模打印铺平道路。

该团队使用3D打印实现弹性导体在很大程度上是由他们设计的一种新的乳液基复合墨水实现的。这种特殊油墨由分散在导电弹性体(一种导电的橡胶材料)中的液体成分组成。

“打印具有三维几何形状的固态弹性导体具有挑战性，因为现有油墨的流变特性通常只允许逐层沉积，”Byeongmoon Lee，Hyunjoo Cho和他们的同事在他们的论文中写道。

“我们表明，由导电弹性体复合材料，不混溶溶剂和乳化溶剂组成的乳液系统可用于弹性导体的全向印刷。复合材料的粘弹性为印刷特征提供了结构完整性 - 允许直接写入独立，丝状和平面外三维几何形状 - 以及提供印刷稳定性并防止喷嘴堵塞的假塑性和润滑行为。

与3D打印中常用的其他油墨相比，研究人员使用的复合油墨具有许多有利的特性。具体而言，它具有粘弹性、剪切稀化和润滑性能，可以更好地支持复杂 3D 结构的打印。

“固有可拉伸导体的印刷结构表现出小于100μm的最小特征尺寸和超过150%的拉伸性，”Lee，Cho和他们的同事在他们的论文中写道。“乳液中分散溶剂相的汽化导致形成微结构的，表面定位的导电网络，从而提高了导电性。

为了展示他们的3D打印方法和他们设计的乳液墨水的潜力，研究人员打印了弹性互连，然后他们用它来制造带有可拉伸显示器的可穿戴温度传感器。该装置被发现性能良好，同样的方法很快也可以用于制造各种其他可拉伸和导电组件。

在他们的论文中，Lee，Cho和他们的同事强调了将他们的方法与3D扫描技术相结合的可能性，以创建与人体形状完美对齐的软电子产品，从而使用户佩戴更舒适。此外，他们创造的墨水可以激发其他乳液基油墨的创造，这些油墨的操作类似，但基于不同的成分和弹性体。