大連理工大學開發(fā)張力驅(qū)動的流體拉伸技術(shù)，打印柔性電路制造的獨立3D導線
時間：2025-06-30 09:40 來源：未知 作者：admin 閱讀：次
2025年6月29日，大連理工大學的一個研究團隊公布了一種張力驅(qū)動的流體拉伸技術(shù)，用于打印獨立的3D導電結(jié)構(gòu)。這項技術(shù)使用高粘度銀納米顆粒墨水，單針裝置將墨水拉伸成懸空的細絲，同時溶劑蒸發(fā)使導線實時固化。這種方法繞過了噴嘴直徑限制的擠壓限制，并實現(xiàn)了低于10微米的分辨率。研究團隊在從發(fā)光二極管(LED)網(wǎng)格到熱成像設(shè)備的柔性電子原型中展示了這種方法。
這種拉伸打印方法已成功應(yīng)用于柔性電路，包括發(fā)光二極管（LED）陣列、熱成像顯示器和多諧振蕩器電路。這項工作通過流體拉伸打印為柔性電子制造建立了一種新范式，實現(xiàn)了制造 3D 互連的前所未有的定制化和兼容性。
△流體拉伸打印技術(shù)與傳統(tǒng)擠壓打印技術(shù)。a 流體拉伸打印技術(shù)方法示意圖。b拉伸打印階段。c 擠壓打印技術(shù)示意圖。d擠壓打印階段。e擠壓打印局部放大圖。f擠壓打印油墨受力分析。g拉伸打印局部放大圖。h液橋受力分析
相關(guān)研究以題為“Fluid drawing printing 3Dconductive structures for flexible circuit manufacturing”的論文已發(fā)表在《微系統(tǒng)與納米工程》雜志上。
柔性電子技術(shù)是可穿戴設(shè)備、可折疊顯示屏和軟體機器人等新興技術(shù)的核心。然而，傳統(tǒng)的印刷電路依賴于平面設(shè)計和分層制造，無法滿足日益增長的復(fù)雜性、緊湊性和機械柔性需求。現(xiàn)有的3D打印方法通常會犧牲分辨率或速度，并受到墨水粘度和噴嘴幾何形狀的限制。此外，在彎曲過程中保持導電性和結(jié)構(gòu)完整性仍然是一個持續(xù)的挑戰(zhàn)。由于這些問題，需要新的策略來直接可靠地制造兼具小型化和機械彈性的獨立導電結(jié)構(gòu)。
△a) 制備好的 LED 陣列的光學圖像。b) LED 陣列的放大圖。c) LED 陣列在彎曲狀態(tài)下工作的圖片。插圖為縱向 LED 陣列的工作圖。d) 柔性熱成像顯示設(shè)備示意圖。e) 制備好的柔性熱成像顯示設(shè)備的照片。插圖為獨立式 3D 互連的放大圖。f) 柔性熱成像顯示器處于彎曲狀態(tài)。插圖為單個倒三角形的熱像。g) 多諧振蕩器電路示意圖。h) 制備好的多諧振蕩器電路的圖像。插圖為獨立式 3D 互連的一部分的放大圖。i) 多諧振蕩器電路的測試圖像。插圖為平面狀態(tài)下多諧振蕩器電路的示意圖。來源：自然。
大連理工大學的這項技術(shù)不是將墨水推入噴嘴，而是像拉線一樣將其拉出，利用氣壓、墨水粘度和熱蒸發(fā)的相互作用。銀納米顆粒墨水經(jīng)過精心配制，加熱后變稠，在針頭和基底之間形成穩(wěn)定的“液體橋”。當針頭抬起時，墨水會拉伸成細絲并立即凝固，從而使線寬細至 4 μm——比噴嘴本身還要細。調(diào)節(jié)速度和氣壓可以調(diào)節(jié)電線的粗細和長度。打印后熱處理可提高導電性，將電阻率降低到接近本體銀的水平（2.5 × 10⁻⁷ Ω·m）。印刷電線經(jīng)過 200 次彎曲循環(huán)后仍保持完好并導電。電路演示包括具有垂直和水平尋址能力的 LED 陣列、云母片上的熱成像單元和自振蕩多諧振蕩器電路——所有這些都是用單層打印制成的。這些獨立連接取代了多層板，簡化了架構(gòu)和組裝，同時保持了出色的電氣和機械性能。
研究論文的共同通訊作者王大志博士說道：“這項研究挑戰(zhàn)了柔性電路制造的現(xiàn)狀。通過拉動墨水而非擠壓墨水，我們獲得了前所未有的對結(jié)構(gòu)、速度和尺寸的控制——所有這些都僅需一根針即可實現(xiàn)。這不僅僅是一種打印方法，更是對我們構(gòu)建三維電路方式的重新思考。這對于可穿戴技術(shù)和軟體機器人技術(shù)的影響是深遠的。”
流體拉伸法為下一代電路設(shè)計提供了強大的工具，尤其是在柔性和可穿戴電子產(chǎn)品領(lǐng)域。這種高精度和機械耐久性適用于傳統(tǒng)打印技術(shù)無法勝任的應(yīng)用，例如柔性醫(yī)療傳感器、可拉伸光顯示器和緊湊型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。由于它無需多層布線和通孔鉆孔，因此可以縮短生產(chǎn)時間和降低成本，同時提升定制化程度。展望未來，這種方法可能會通過啟發(fā)油墨創(chuàng)新和熱設(shè)計策略來影響更廣泛的增材制造領(lǐng)域，從而支持更多材料和基材。
(責任編輯：admin)
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