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柔性电子元件的3D打印与应用

柔性电子元件的3D打印与应用

供稿人:孙畅宁,王玲   发布日期:2018-03-25
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柔性电子元件(Flexible Electronic Devices)通常由有机聚合物制造,与传统的电子器件相比,柔性电子元件在原始状态和大变形情况下都能够维持其电气连续性。这种柔性电子元件不仅能够与人体皮肤柔软地接触,因而能够在可穿戴设备中实现对人体健康情况的监测。

传统的柔性电子元件制造方式主要有两种,一种是在平面上对功能材料进行架构,例如通过涂层沉积和光刻,对导电材料、半导体或聚合物材料进行印刷;另一种是采用对柔性聚合物,例如具有半导体或导电性质的有机共轭聚合物。但是,由于电子元件制造方法的限制,大多数柔性电子元件只能通过平面架构的形式进行制造。而将3D打印技术用于柔性电子元件的制造,则能够实现对细微复杂结构的精确制造。

以色列希伯来大学(Hebrew University of Jerusalem,Israel)的研究人员通过3D打印技术在具有形状记忆功能的基体上打印了纳米银材料(图1a)。当环境温度超过一定值时,形状记忆材料变形(图1a),纳米银材料形成的回路导通。

图1. 3D打印技术将纳米银材料和柔性形状记忆材料复合。 (a)常温状态下,回路断开;(b)受热时形状记忆材料变形,回路闭合

通过将商业化的集成芯片植入3D打印的柔性设备中,能够实现三维柔性电子元件的制备,例如柔性传感器、信号处理器和驱动器等。加利福尼亚大学的研究人员将可编程加热器、温度传感器和其他电子控制元件嵌入到采用可伸展材料和FDM技术制造的手套中(图2),制备了具有手部温度监测和保持功能的手套。

图2. 3D打印柔性电子手套 (a)基本原理图;(b)手套穿戴实物图;(c)通过柔性电子手套对手部温度场进行检测

通过向传统电子元件赋予个性化特征,3D打印柔性电子元件将在人和电子器件的交互中起到日益广泛的作用,促进人与及其的共同共生,实现人与机器的共生。

参考文献:

  1. Yang H, Wan R L, Chen X. 3D Printing of Flexible Electronic Devices[J]. Small Methods, 2017:1700259.