3D打印固態(tài)導(dǎo)電離子彈性體作為觸覺應(yīng)用的通用構(gòu)建塊

供稿人：艾子超 魯中良 供稿單位：西安交通大學(xué)機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

通過3D打印將柔軟和導(dǎo)電材料塑造成優(yōu)先的結(jié)構(gòu)對于從觸覺設(shè)備到生物電子學(xué)的眾多應(yīng)用極具吸引力。一種具有里程碑意義的軟導(dǎo)電材料是水凝膠/離子凝膠。然而，3D打印水凝膠/離子凝膠仍然存在瓶頸：由于水凝膠/離子凝膠內(nèi)液體的蒸發(fā)和泄漏，其電-機械性能的穩(wěn)定性有限。盡管可光固化的無液體離子導(dǎo)電彈性體可以繞過這些限制，但相關(guān)的光固化工藝較為繁瑣，印刷質(zhì)量相對較差。在此，開發(fā)了一種快速光固化固態(tài)導(dǎo)電離子彈性體（SCIE），可實現(xiàn)任意結(jié)構(gòu)的高分辨率3D打印。與傳統(tǒng)的離子導(dǎo)電材料相比，印刷積木具有許多有前途的特性，包括高分辨率結(jié)構(gòu)（甚至≈50μm懸挑晶格），良好的楊氏模量（高達(dá)≈6.2 MPa）和拉伸能力（斷裂應(yīng)變）≈292%），在廣泛的溫度范圍內(nèi)（從−30至80℃），以及良好的彈性和抗疲勞能力。

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

圖2.a）DLP 3D打印裝置示意圖。b）打印微米級結(jié)構(gòu)的SEM圖像。c）打印封閉微流控通道的實物照片。d）實現(xiàn)高精度3D打印機理的示意圖。e）SCIE和水凝膠的長時間電導(dǎo)率變化。f）對比SCIE和文獻(xiàn)中報道3D打印軟材料的電導(dǎo)率和楊氏模量。

本研究展示了一種快速光固化SCIE，該SCIE允許使用定制架構(gòu)對軟離子導(dǎo)體進行高分辨率3D打印。SCIE消除了液體的使用，克服了富液體離子導(dǎo)電材料的傳統(tǒng)限制，本研究的發(fā)現(xiàn)不僅為3D打印功能材料的設(shè)計提供了新的范例，而且為3D智能、靈活的電子設(shè)備的發(fā)展創(chuàng)造了新的機遇。
參考文獻(xiàn)：

    張C，鄭H，孫J，等。 3D 打印固態(tài)導(dǎo)電離子彈性體作為觸覺應(yīng)用的通用構(gòu)件[J]. 先進材料，2021。