供稿人:陳煜宇，李滌塵 發(fā)布日期：2017-11-20
柔性電子在可穿戴設(shè)備、仿生及柔性機(jī)器人等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，柔性電子設(shè)備的研究逐漸獲得國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。近日，美國(guó)哈佛大學(xué)威斯研究所（Wyss Institute）和美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（Air Force Research Laboratory）在先進(jìn)材料（Advanced Materials）期刊上共同發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于3D打印柔性電子設(shè)備的研究成果。
美國(guó)哈佛大學(xué)威斯研究所（Wyss Institute）和美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（Air Force Research Laboratory）的研究人員提出了一種名為“混合3D打?。℉ybrid 3D Printing）”的柔性電子設(shè)備增材制造技術(shù)。該技術(shù)所使用的材料是可拉伸的熱塑性聚氨酯（TPU）、導(dǎo)電油墨以及電子元件，TPU用作基體及絕緣固定封裝，導(dǎo)電油墨和電子元件構(gòu)成電路。所提出的混合打印技術(shù)能夠通過(guò)TPU材料將剛性電子元件牢牢固定在柔性基體上，在保持功能的情況下實(shí)現(xiàn)整體超過(guò)30%的變形。除了材料，這種混合打印技術(shù)的另一個(gè)難點(diǎn)在于打印機(jī)的控制，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一套獨(dú)特的算法程序以控制打印機(jī)噴頭不同材料的打印以及電子元件的拾取嵌入。
研究人員展示了由該技術(shù)打印的應(yīng)變傳感袖套（圖1）及足部壓力傳感器（圖2）。如圖1所示，應(yīng)變傳感器及控制電路被打印到袖套基底上，袖套可以精確測(cè)量穿戴者手臂的彎曲程度并通過(guò)LED顯示結(jié)果。圖2展示的足部壓力傳感器通過(guò)交替打印導(dǎo)電墨水和TPU，在TPU層上形成電容器制成，通過(guò)云圖可以直觀呈現(xiàn)穿戴者足底的壓力分布。
圖1 應(yīng)變傳感袖套
圖2 足部壓力傳感器
“混合3D打?。℉ybrid 3D Printing）”將導(dǎo)電油墨、電子郵件與基體材料集成到一起，打印出的電子設(shè)備具有完成復(fù)雜變形的能力。該技術(shù)可以顯著減少柔性電子設(shè)備的制造時(shí)間和成本，新的制造工藝具有巨大潛力，有望幫助可穿戴電子設(shè)備產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)飛躍式發(fā)展。