據(jù)麥姆斯咨詢介紹，為了推動軟機(jī)器人技術(shù)、皮膚集成電子設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的發(fā)展，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種柔軟可拉伸的新型3D打印材料。這種材料可用于制造可穿戴器件，戴在手指上的傳感器。

研究人員開發(fā)的3D打印材料柔軟、可拉伸，具有與組織和器官相匹配的特性，而且可以自組裝。研究小組表示，他們的方法采用了一種新工藝，消除了過去制造方法的許多缺點，如導(dǎo)電性較差或器件故障等。

具體來說，研究人員開發(fā)了一種基于液態(tài)金屬（LM）和導(dǎo)電聚合物的可打印軟材料，這種材料在打印后可進(jìn)行自組裝，從而獲得一種非對稱自絕緣可拉伸導(dǎo)體（aSISC）。這種aSISC材料的底面可以達(dá)到很高的電導(dǎo)率（2089 S/cm），且不需要其它基于液態(tài)金屬導(dǎo)體所需要的二次激活過程，這對于大面積、低成本的高產(chǎn)能制造非常有利。有趣的是，它還能同時實現(xiàn)自絕緣頂面，解決基于液態(tài)金屬導(dǎo)體的泄漏問題。此外，aSISC還具有高度可拉伸性（> 800%）和皮膚級模量，是制造與動物或人體連接器件導(dǎo)體的理想候選材料，有望用于健康監(jiān)測和治療應(yīng)用。這項研究成果已發(fā)表于Advanced Materials期刊。

該研究通訊作者、賓夕法尼亞州立大學(xué)工程與力學(xué)助理教授、生物醫(yī)學(xué)工程助理教授、地球與礦物科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)與工程助理教授Tao Zhou介紹說：“近十年來，人們一直在開發(fā)軟性可拉伸導(dǎo)體，但導(dǎo)電率通常不是很高。研究人員意識到，可以利用液態(tài)金屬導(dǎo)體實現(xiàn)高電導(dǎo)率，但這種方法的重大局限在于，在達(dá)到高電導(dǎo)率之前，需要采用輔助方法來激活材料?！?/span>

研究人員表示，基于液態(tài)金屬的可拉伸導(dǎo)體存在固有的復(fù)雜性和制造后激活相關(guān)的挑戰(zhàn)。二次激活方法包括拉伸、壓縮、剪切摩擦、機(jī)械燒結(jié)和激光活化，所有這些方法都會給制造帶來挑戰(zhàn)，并可能導(dǎo)致液態(tài)金屬泄漏，造成器件故障。

Tao Zhou說：“我們的方法不需要任何二次激活就能使材料導(dǎo)電。這種材料可以自組裝，使其下表面具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，上表面則具有自絕緣性。”

在這種新方法中，研究人員將液態(tài)金屬、一種名為PEDOT:PSS的導(dǎo)電聚合物混合物和親水性聚氨酯結(jié)合在一起，使液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒。當(dāng)打印并加熱這種復(fù)合軟材料時，其底層表面的液態(tài)金屬顆粒會自組裝成導(dǎo)電通道。頂層的顆粒暴露在富氧環(huán)境中會氧化，形成絕緣頂層。導(dǎo)電層對于向傳感器傳遞信息至關(guān)重要，例如人體肌肉活動記錄和應(yīng)變傳感，而絕緣層則有助于防止降低數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性的信號泄漏。

Tao Zhou介紹說：“這正是我們在材料方面的創(chuàng)新。通常當(dāng)液態(tài)金屬與聚合物混合時，它們是不導(dǎo)電的，需要二次激活才能實現(xiàn)導(dǎo)電。但這三種成分可以實現(xiàn)自組裝，產(chǎn)生高導(dǎo)電性的柔軟可拉伸材料，而無需二次激活方法。”

這種材料還可以進(jìn)行3D打印，從而更容易制造可穿戴設(shè)備。研究人員正在繼續(xù)探索這種材料的潛在應(yīng)用，重點是為殘疾人提供輔助技術(shù)。

審核編輯：彭菁