KIST研发出导电弹性墨水，可实现3D 打印自支撑结构

2023年5月16日，南极熊获悉，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。

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。

△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。

△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℃。

△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。