导读
最近，英国诺丁汉大学的研究人员开创了一种突破性的方案，可以快速3D打印全功能的电子电路。这种电路含有导电的金属油墨和绝缘的聚合物油墨。现在，它可以通过单一的喷墨打印工艺进行制造，该工艺采用紫外线快速固化油墨。
关键字
3D打印、电子、增材制造
背景
相对于传统的硅基电子技术，印刷电子凭借其柔性化、低成本、大面积、绿色环保等优势，有望成为引领电子产业变革的关键性前沿技术。值得我们注意的是，这项技术与有机电子、塑料电子、纸电子、柔性电子、透明电子、可穿戴电子技术领域都有交集，这样的技术正是笔者所关注的重点。
在前几天的文章中，笔者重点向大家介绍了科学家们采用石墨烯或者二维材料制作油墨，结合喷墨打印或者丝网印刷技术，打印出电子器件例如:晶体管、有机发光二极管(OLED)、光电器件、超级电容等电子元器件，应用于射频识别(RFID)天线、太阳能电池、LED等电子器件，智能织物、智能食品、药物标签、下一代纸币、电子护照等柔性电子产品。
(图片来源: Kurt Stepnitz / 密歇根州立大学)
(图片来源:Felice Torrisi)
(图片来源于:曼彻斯特大学)
(图片来源:都柏林大学圣三一学院)
然而，在复杂结构中制造含有塑料和金属组件的全功能器件，目前还存在着一些挑战。因为在这些结构中，需要使用不同的方法固化每种材料。
创新
为了战胜以上的挑战，最近英国诺丁汉大学的研究人员开创了一种突破性的方案，可以快速3D打印全功能的电子电路。这种电路含有导电的金属油墨和绝缘的聚合物油墨。现在，它可以通过单一的喷墨打印工艺进行制造，该工艺采用紫外线快速固化油墨。
技术
这项新技术将二维打印的电子器件与增材制造(AM)或者3D打印技术相结合，基于逐层沉积的材料制造3D产品。它扩大了多功能增材制造工艺(MFAM)的影响，包括通过单一的增材制造系统制造具有更广泛功能的组件。
现有的系统通常仅使用了一种材料，它限制印刷结构的功能性。使用两种材料例如导体和绝缘体，拓展了电子器件的功能范围。例如，一个含有压力传感器和无线通信电路的腕带，可以通过简单工艺为客户进行客制化的3D打印。
这项突破性研究加速了导电油墨的凝固过程，每层的时间少于1分钟。之前，使用传统的热源例如烤箱和热板，该过程需要更长的时间才能完成，当需要几百层形成一个物体时，这有点不切实际。此外，电子电路和设备的生产也受限于目前的制造方案，这些制造方案限制了这些系统的形成和潜在性能。
CfAM的团队成员 Ehab Saleh 博士发现，导电油墨中的银纳米粒子能够高效地吸收紫外线。吸收的紫外线能量可以转化为热量，它使得导电油墨的溶液蒸发，溶化银纳米粒子。这种工艺只影响了导电油墨，而不会损伤任何邻近的印刷聚合物。研究人员通过同样的印刷工艺，使用同样的紧凑、低成本的LED基的紫外线光，将聚合物油墨转化为固体，形成多材料的3D结构。
(图片来源:英国诺丁汉大学)
价值
这项突破性技术为通过多种材料包括金属和塑料，制造全功能元器件例如3D天线和全印刷传感器，铺平了道路。
这项研究的领导研究员、材料工程系教授 Chris Tuck 在强调这项突破的潜力时表示:
“通过在单个结构中，以喷墨打印所提供的高精度，3D打印导电和介电材料(电气绝缘体)，将开启全客制化电子器件的制造。当你设计电路时，你无需为电容选择标准值，你只需设置数值，打印机就将为你制造出合适的元器件。”
增材制造中心(CfAM)的主任 Richard Hague 教授补充说:
“在复杂的3D结构中，印刷含有多种材料的全功能器件现在已经成为现实。这项突破非常有望开启21世纪产品和设备的制造技术，这些产品和设备将有望对于行业和公众产生深远的影响。”
随着科技的进步，喷墨打印技术可以沉积具有一系列特性的各种功能油墨。它被用于生物学，组织生物打印，多酶喷墨打印和各种细胞打印(“油墨”可以由细胞组成)。
这一突破建立起的基础技术将促进学术和产业进步。该项目已经为医疗器件、射频屏蔽表面和吸收太阳能的新型结构带来了几项合作。
参考资料
【1】https://www.nottingham.ac.uk/news/pressreleases/2017/november/new-method-developed-to-3d-print-fully-functional-electronic-circuits.aspx
