KIST研发出导电弹性墨水,可实现3D打印自支撑结构-金属3D打印工厂

KIST研发出导电弹性墨水,可实现3D打印自支撑结构-金属3D打印工厂插图

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       2023年5月16日,来自韩国科学技术研究院(KIST)的研究人员最近展示了一种导电弹性油墨,可以在任何方向打印出自支撑结构。这种新型墨水使用乳液系统来实现所需的打印流动性能,并且它的发布可能会在可拉伸和可穿戴电子领域带来众多创新。这项研究以题为“Omnidirectional printing of elasticconductors for three-dimensional stretchable electronics”的论文被发表在《Nature Electronics》期刊上,由Byeongmoon Lee,Hyunjoo Cho, Sooyeon Moon等人联合撰写。

KIST研发出导电弹性墨水,可实现3D打印自支撑结构

相关论文链接:https://www.nature.com/articles/s41928-023-00949-5       3D 打印电子产品是一个不断增长的市场,但由于各厂商将之视为商业机密,其真实的发展水平很难被外界所了解。3D 打印导电弹性体一直以来都是一个备受关注的领域。目前,打印导电弹性体仅限于二维平面,这是因为大多数油墨受限于流变特性,无法在打印后立即支撑它们的重量。然而,如果一种材料可以打印出独立的结构,同时又具有足够的柔韧性以随人体移动,那么它就可以最大限度地提高可穿戴设备的保真度,并制造与个体患者外形相匹配的复杂电路。KIST的研究团队采纳了这种研究思路,并找到了一种方法来操纵墨水的流变特性来全方位打印弹性导体。

     KIST研究人员使用的乳液系统由导电弹性体复合材料(银、Ag、多壁碳纳米管、MWCNT和聚二甲基硅氧烷,PDMS)、不混溶溶剂(二甘醇,DEG)和乳化溶剂(氯仿,CHCl3)。事实证明,DEG 是获得适当流变性能的关键因素,因为它可以阻止填料在分散体中沉淀,并赋予其假塑性和润滑特性,从而防止喷嘴堵塞,从而实现稳定打印。

KIST研发出导电弹性墨水,可实现3D打印自支撑结构

显示稀释型导电弹性油墨与 KIST 乳液型导电弹性油墨之间差异的示意图。(来源:NatureElectronics)

乳液油墨中填料的最小特征尺寸小于 100 μm,最大特征尺寸为几毫米。该油墨还实现了令人印象深刻的高达150%的拉伸性,并且由于分散溶剂蒸发时形成的表面局部微结构而提高了导电性。

KIST研发出导电弹性墨水,可实现3D打印自支撑结构

图中显示了 KIST 墨水的可打印性、可拉伸性和特征尺寸。(来源:NatureElectronics)

KIST的新方法将允许打印各种3D布线图案,他们在下图中展示了它的能力。研究人员使用他们的新型乳液导电油墨作为布线、迷你LED和带有温度传感器的微控制器单元,创建了一个可安装在皮肤上的温度传感器。该传感器的矩阵型可拉伸显示屏可轻松读取周围空气的温度,当研究人员首次触摸该设备时,可以看到温度从25变化到32,当接触到温暖的玻璃杯时,温度从 33 变化到 42

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图中显示了带有 KIST 3D 打印布线的温度传感器。(来源:Nature Electronics)

     导电油墨在走向商业化之前还需要更多的改进,但它仍然为可穿戴和可拉伸电子产品的新可能性打开了大门。作者甚至说可以很容易地修改墨水的配方,以满足不同情况下所需要的理想特性。时间会证明这项技术是如何实施的,但如果它能够帮助电子设备更轻松、更有效地与人体交互,那么听起来该领域正朝着正确的方向发展。

(责任编辑:admin)

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