柔性電子元件的3D打印與應用
柔性電子元件(Flexible Electronic Devices)通常由有機聚合物制造,與傳統(tǒng)的電子器件相比,柔性電子元件在原始狀態(tài)和大變形情況下都能夠維持其電氣連續(xù)性。這種柔性電子元件不僅能夠與人體皮膚柔軟地接觸,因而能夠在可穿戴設備中實現(xiàn)對人體健康情況的監(jiān)測。
傳統(tǒng)的柔性電子元件制造方式主要有兩種,一種是在平面上對功能材料進行架構,例如通過涂層沉積和光刻,對導電材料、半導體或聚合物材料進行印刷;另一種是采用對柔性聚合物,例如具有半導體或?qū)щ娦再|(zhì)的有機共軛聚合物。但是,由于電子元件制造方法的限制,大多數(shù)柔性電子元件只能通過平面架構的形式進行制造。而將3D打印技術用于柔性電子元件的制造,則能夠?qū)崿F(xiàn)對細微復雜結構的精確制造。
以色列希伯來大學(Hebrew University of Jerusalem,Israel)的研究人員通過3D打印技術在具有形狀記憶功能的基體上打印了納米銀材料(圖1a)。當環(huán)境溫度超過一定值時,形狀記憶材料變形(圖1a),納米銀材料形成的回路導通。
圖1. 3D打印技術將納米銀材料和柔性形狀記憶材料復合。 (a)常溫狀態(tài)下,回路斷開;(b)受熱時形狀記憶材料變形,回路閉合
通過向傳統(tǒng)電子元件賦予個性化特征,3D打印柔性電子元件將在人和電子器件的交互中起到日益廣泛的作用,促進人與及其的共同共生,實現(xiàn)人與機器的共生。