英国诺丁汉大年夜学开拓出3D打印全功能电子电路新筹划！

最近，英国诺丁汉大学的研究职员首创了一种打破性的方案，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。

关键字

3D打印、电子、增材制造

背景

相对付传统的硅基电子技能，印刷电子凭借其柔性化、低本钱、大面积、绿色环保等上风，有望成为引领电子家当变革的关键性前沿技能。
值得我们把稳的是，这项技能与有机电子、塑料电子、纸电子、柔性电子、透明电子、可穿着电子技能领域都有交集，这样的技能正是笔者所关注的重点。

在前几天的文章中，笔者重点向大家先容了科学家们采取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能，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，运用于射频识别（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，在繁芜构造中制造含有塑料和金属组件的全功能器件，目前还存在着一些寻衅。
由于在这些构造中，须要利用不同的方法固化每种材料。

创新

为了降服以上的寻衅，最近英国诺丁汉大学的研究职员首创了一种打破性的方案，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，该工艺采取紫外线快速固化油墨。

技能

这项新技能将二维打印的电子器件与增材制造（AM）或者3D打印技能相结合，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。

现有的系统常日仅利用了一种材料，它限定印刷构造的功能性。
利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，可以通过大略工艺为客户进行客制化的3D打印。

这项打破性研究加速了导电油墨的凝固过程，每层的韶光少于1分钟。
之前，利用传统的热源例如烤箱和热板，该过程须要更长的韶光才能完成，当须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，这些制造方案限定了这些系统的形成和潜在性能。

CfAM的团队成员 Ehab Saleh 博士创造，导电油墨中的银纳米粒子能够高效地接管紫外线。
接管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，而不会损伤任何临近的印刷聚合物。
研究职员通过同样的印刷工艺，利用同样的紧凑、低本钱的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构造。

（图片来源：英国诺丁汉大学）

代价

这项打破性技能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 在强调这项打破的潜力时表示：

“通过在单个构造中，以喷墨打印所供应的高精度，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得当的元器件。
”

增材制造中央（CfAM）的主任 Richard Hague 教授补充说：

“在繁芜的3D构造中，印刷含有多种材料的全功能器件现在已经成为现实。
这项打破非常有望开启21世纪产品和设备的制造技能，这些产品和设备将有望对付行业和"大众产生深远的影响。
”

随着科技的进步，喷墨打印技能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）。

这一打破建立起的根本技能将促进学术和家当进步。
该项目已经为医疗器件、射频屏蔽表面和接管太阳能的新型构造带来了几项互助。

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

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