說起打印技術(shù)，相信人們早已司空見慣。但利用光脈沖將電子電路打印在特定物體上呢？
賓夕法尼亞州立大學(xué)聯(lián)合國際研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種在復(fù)雜不規(guī)則物體表面打印，并可以生物降解的電路技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了低溫絕熱且造價低廉。 研究團(tuán)隊(duì)將這一發(fā)現(xiàn)《柔軟可變形傳感器在曲面上的保形制造》（Conformal manufacturing of soft deformable sensors on the curved surface）發(fā)表于Materials Today上。
雖然，目前對于可拉伸結(jié)構(gòu)的保形電子產(chǎn)品與納米材料已經(jīng)有過研究討論，但是在復(fù)雜物體表面上進(jìn)行保形制造的研究并不多。賓夕法尼亞州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)的此項(xiàng)研究對現(xiàn)有保形和轉(zhuǎn)印等新穎打印制造技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了全面分析。
該論文的通訊作者，賓夕法尼亞州立大學(xué)工程科學(xué)與力學(xué)系工程科學(xué)與力學(xué)系職業(yè)發(fā)展教授程寰宇表示: “我們正試圖在三維幾何圖形上直接‘制造’電路，在此類復(fù)雜的物體上打印可以助力未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，到那時電路可以連接我們周圍的各種物體，無論是智能家居傳感器、組隊(duì)執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的機(jī)器人，亦或是嵌入人體的設(shè)備。”
在測試之初，研究團(tuán)隊(duì)利用新納米粒子制作的油墨薄膜覆蓋在模板的覆蓋層上。隨后，研究員將高能氙光穿透過薄膜，僅用了幾毫秒，穿透薄膜的光“喚醒”了粒子，并且將它們通過模板轉(zhuǎn)移至新的物體表面上。
在實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)還在玻璃杯和貝殼上進(jìn)行了打印，結(jié)果發(fā)現(xiàn)就算物體表面很復(fù)雜，他們依舊可以通過轉(zhuǎn)移鋅打印出可以導(dǎo)電或當(dāng)作天線使用的電子電路。
圖 | 實(shí)驗(yàn)中利用脈沖光將電子電路打印在貝殼上（來源: 賓夕法尼亞州立大學(xué))
近些年，為滿足全世界各地人們對電子產(chǎn)品的需求，各廠商可謂“各顯神通”。而當(dāng)人們相繼更新迭代后，大多電子產(chǎn)品被廢棄至角落。據(jù)聯(lián)合國調(diào)查統(tǒng)計(jì)，每年被廢棄的電子產(chǎn)品至少有數(shù)百萬公斤，而這其中只有兩成左右可以被回收。隨著未來5G設(shè)備的普及和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這些問題將越來越嚴(yán)重。
對此，程寰宇說道：“相較于其他傳統(tǒng)印刷技術(shù)，我們研發(fā)的這種方法無需使用如真空室一樣的昂貴設(shè)備，也不需要數(shù)小時的操作就能獲得足夠壓力。因此速度更快、成本更低、更可持續(xù)。我們的電子產(chǎn)品每兩年左右就要升級一次，這就造成了巨大的電子垃圾。在未來，如果我們的電子產(chǎn)品足夠綠色，比如，可以被沖進(jìn)下水道，那么這些產(chǎn)品會對我們的環(huán)境有很大幫助。”
盡管目前已有各類油墨印刷用于保形電子產(chǎn)品，不過對于納米材料來說，仍有巨大的研發(fā)空間。并且，包括可降解材料等相關(guān)功能也非常值得被探索。
通過使用功能性墨水在各類基礎(chǔ)材料上印刷電子應(yīng)用產(chǎn)品的理念將滿足低成本，綠色環(huán)保且安全攜帶的消費(fèi)需求。因此，該領(lǐng)域的發(fā)展將不可限量。到目前為止，這種打印技術(shù)可以制造包括天線、太陽能電池、電容器和傳感器等設(shè)備。
研究團(tuán)隊(duì)希望，未來將更優(yōu)化技術(shù)流程和實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，以便實(shí)現(xiàn)他們更高的目標(biāo)——在人體肌膚上研發(fā)健康類應(yīng)用。
（來源：Pixabay）
據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，生物降解性這種設(shè)備的安全性同樣非常高。雖然傳統(tǒng)電子產(chǎn)品可以通過軟件加密等方式進(jìn)行信息保護(hù)，但依然存在被破解和泄露的風(fēng)險。在這方面，由于可降解電子產(chǎn)品可被物理破壞，破壞后數(shù)據(jù)信息將無法恢復(fù)，這不僅安全性更高，還會是該領(lǐng)域的巨大的優(yōu)化和創(chuàng)新。
值得一提的是，通過這種打印技術(shù)未來或許能制造出可放置在身體上的醫(yī)療檢測傳感器。這種便攜式傳感器不僅可以長期監(jiān)測人體脈搏、體溫、呼吸頻率、心臟、腸胃運(yùn)動等生理信號，還可以提供遠(yuǎn)程的醫(yī)療診斷解決方案。
或許，這將改變?nèi)梭w植入式的醫(yī)療程序，甚至顛覆現(xiàn)有醫(yī)療保健行業(yè)。
該團(tuán)隊(duì)表示，未來還將研究如何通過該技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造永久性電路。他們計(jì)劃，將銀質(zhì)或銅質(zhì)溶液滲入打印設(shè)備表面，鋅基電通過化學(xué)置換轉(zhuǎn)變?yōu)殂y基電路或銅基電路。從理論角度，這讓永久性電路成為了可能。
不過，通過打印技術(shù)制造的電子設(shè)備仍在敏捷度、特殊配方的油墨等方面存在很大研發(fā)空間。此外，打印技術(shù)是否適用于人體肌膚或更復(fù)雜多樣的物體表面仍有許多研究要做。
