用于3D打印的高性能导电聚合物

供稿人:郝志岩、王玲
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室　

导电聚合物在储能、柔性电子和生物电子等各方面的应用是很有前景的材料。然而，导电聚合物的制造主要依赖于常规方法，例如喷墨打印，丝网印刷和电子束光刻等，制造方法的局限性阻碍了导电聚合物的发展和广泛应用。美国麻省理工学院的研究人员介绍一种用于3D打印的基于聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）的高性能可打印导电聚合物墨水。非常优秀的打印性能可以使导电聚合物轻松制造成高分辨率和高长宽比的微结构。这种微结构也可以通过多材料3D打印技术实现与其它材料（例如绝缘弹性体）的混合打印。3D打印的导电聚合物也可以转化为高导电性和柔软的水凝胶微结构。

这种导电聚合物的主要加工方法是通过冻干再溶解的方式浓缩PEDOT：PSS水溶液，使纤维形成可打印的物理交联凝胶，通过显微镜可以看到不同浓度PEDOT：PSS溶液具有不同程度的粘度。经过试验确定合适的打印浓度为5-7%（图1），打印喷头直径30-200μm，可打印1-20层，通过干燥和浸泡可以形成稳定的干燥形式和水凝胶形式（6个月），如图2所示。

图1 不同浓度导电聚合物形态

图2 导电聚合物打印效果

研究人员用3D打印出宽约10微米的水凝胶电极并植入小鼠的大脑，成功接收到单个神经元发出的电信号（图3）。监测这种活动可以为科学家提供大脑活动的高分辨率图像，并有助于为各种神经障碍量身定做治疗方案。这种水凝胶也可以用于刺激神经区域的大脑植入物，以缓解癫痫、帕金森病和严重抑郁症。

图3 3D打印导电聚合物神经电极

参考文献：
Yuk H , Lu B , Lin S , et al. 3D printing of conducting polymers[J]. Nature Communications, 2020, 11(1).