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  3D打印作為一種快速發(fā)展的數(shù)字化成型技術(shù)，在不依靠任何模具制品的前提下，可以實(shí)現(xiàn)從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)到復(fù)雜3D實(shí)體之間的跨越。在眾多3D打印技術(shù)中，數(shù)字光處理（DLP）具有打印速度快、分辨率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療設(shè)備、航空航天結(jié)構(gòu)、智能電子器件和軟機(jī)器人等工程應(yīng)用中顯示出無(wú)與倫比的優(yōu)越性。然而，目前3D打印依然受到各種因素的限制，尤其是可選擇的打印材料種類非常有限，并且常用的熱固性或熱塑性樹(shù)脂是剛性和非導(dǎo)電材料，極大地限制了3D打印在柔性電子器件中的應(yīng)用。近年來(lái)，3D 打印軟導(dǎo)電材料（如水凝膠/離子凝膠）的快速發(fā)展為可穿戴觸覺(jué)設(shè)備和生物電子等智能應(yīng)用開(kāi)辟了新機(jī)遇，但是仍然面臨一些無(wú)法逾越的瓶頸：水凝膠/離子凝膠內(nèi)液體容易蒸發(fā)或泄漏，導(dǎo)致其電學(xué)和機(jī)械性能的穩(wěn)定性欠佳。雖然通過(guò)設(shè)計(jì)光固化離子彈性體可以克服這些難題，但是目前大多數(shù)離子彈性體的光聚合動(dòng)力學(xué)較慢和光固化效率極低。因此，迄今鮮有高精度3D打印的離子彈性體被報(bào)道。

  基于此，香港城市大學(xué)王鉆開(kāi)教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種可快速光固化的全固態(tài)導(dǎo)電離子彈性體（SCIE），實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電軟材料的高分辨率3D打印，從根本上解決了3D打印凝膠在應(yīng)用中溶劑蒸發(fā)或泄露的難題。與傳統(tǒng)3D打印導(dǎo)電凝膠相比，SCIE不僅能打印出高分辨率的懸垂晶格結(jié)構(gòu)（~50 μm）,而且在較寬的溫度范圍內(nèi)展現(xiàn)出優(yōu)秀的力學(xué)性能、可拉伸性、導(dǎo)電性以及抗疲勞能力。通過(guò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，3D 打印柔性觸覺(jué)傳感器表現(xiàn)出高無(wú)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳感器幾倍的靈敏度。此外，SCIE還具有優(yōu)異的普適性，可以與其他功能性無(wú)機(jī)材料復(fù)合，為 3D打印功能材料的設(shè)計(jì)提供了新范式，同時(shí)也推動(dòng)了 3D打印在智能柔性電子器件中的應(yīng)用。

圖1. 3D打印SCIE的設(shè)計(jì)和優(yōu)點(diǎn)。（a和b）SCIE的實(shí)物照片和分子設(shè)計(jì)。（c）SCIE的電壓-電流曲線。(d) SCIE的光固化動(dòng)力學(xué)。（e）SCIE的機(jī)械性能。（f）SCIE與商用打印材料粘度的對(duì)比。（g）SCIE和常用3D打印軟材料的楊氏模量、導(dǎo)電性、固化速度和流動(dòng)性的對(duì)比。

圖2. SCIE的3D打印性能表征。（a）DLP 3D打印裝置示意圖。（b）打印微米級(jí)結(jié)構(gòu)的SEM圖像。（c）打印封閉微流控通道的實(shí)物照片。（d）實(shí)現(xiàn)高精度3D打印機(jī)理的示意圖。（e）SCIE和水凝膠的長(zhǎng)時(shí)間電導(dǎo)率變化。（f）對(duì)比SCIE和文獻(xiàn)中報(bào)道3D打印軟材料的電導(dǎo)率和楊氏模量。

圖3. 3D打印壓阻傳感器的拓?fù)湓O(shè)計(jì)與觸覺(jué)性能。（a）通過(guò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)增強(qiáng)打印構(gòu)件的壓縮應(yīng)變恢復(fù)能力。（b）3D打印構(gòu)件的光學(xué)圖像及其截面應(yīng)力分布。（c）對(duì)比3D打印構(gòu)件和文獻(xiàn)中報(bào)道彈性材料的抗疲勞性。（d）3D打印螺旋二十四面體作為壓阻傳感器的優(yōu)點(diǎn)。（e） 不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)壓阻傳感器在不同壓力刺激下的電阻變化。（f）3D打印螺旋二十四面體傳感器在不同頻率壓力刺激下電阻變化。

圖4.可伸縮微電路的一步打印及其高靈敏度電容式傳感器設(shè)計(jì)。（a）可伸縮微電路一步打印的示意圖。（b）打印微電路的拉伸性能。（c）與現(xiàn)有打印微電路的拉伸性能和制備時(shí)間的對(duì)比。（d）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加電容式傳感器的靈敏度。（e）不同厚度的空隙結(jié)構(gòu)壓阻傳感器在不同壓力刺激下的電容變化。（f）對(duì)比打印電容傳感器和傳統(tǒng)壓力傳感器的靈敏度和最小檢測(cè)壓力。

  相關(guān)成果以“3D printed, solid-state conductive ionoelastomer as a generic building block for tactile applications”為題發(fā)表于Advanced Materials。本文的第一作者是香港城市大學(xué)博士后研究員張超博士、鄭煥璽博士和孫靜博士，通訊作者是香港城市大學(xué)王鉆開(kāi)教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202105996