大連理工大學開發張力驅動的流體拉伸技術，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動的流體拉伸技術，用于打印獨立的3D導電結構。這項技術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，并實現了低于10微米的分辨率。研究團隊在從發光二極管(LED)網格到熱成像設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用于柔性電路，包括發光二極管（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。
△流體拉伸打印技術與傳統擠壓打印技術。a 流體拉伸打印技術方法示意圖。b拉伸打印階段。c 擠壓打印技術示意圖。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
相關研究以題為“Fluid drawing printing 3Dconductive structures for flexible circuit manufacturing”的論文已發表在《微系統與納米工程》雜志上。
柔性電子技術是可穿戴設備、可折疊顯示屏和軟體機器人等新興技術的核心。然而，傳統的印刷電路依賴于平面設計和分層制造，無法滿足日益增長的復雜性、緊湊性和機械柔性需求。現有的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構完整性仍然是一個持續的挑戰。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構。
△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) 柔性熱成像顯示設備示意圖。e) 制備好的柔性熱成像顯示設備的照片。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。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、墨水粘度和熱蒸發的相互作用。銀納米顆粒墨水經過精心配制，加熱后變稠，在針頭和基底之間形成穩定的“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。調節速度和氣壓可以調節電線的粗細和長度。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）。印刷電線經過 200 次彎曲循環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：“這項研究挑戰了柔性電路制造的現狀。通過拉動墨水而非擠壓墨水，我們獲得了前所未有的對結構、速度和尺寸的控制——所有這些都僅需一根針即可實現。這不僅僅是一種打印方法，更是對我們構建三維電路方式的重新思考。這對于可穿戴技術和軟體機器人技術的影響是深遠的。”
流體拉伸法為下一代電路設計提供了強大的工具，尤其是在柔性和可穿戴電子產品領域。這種高精度和機械耐久性適用于傳統打印技術無法勝任的應用，例如柔性醫療傳感器、可拉伸光顯示器和緊湊型物聯網設備。由于它無需多層布線和通孔鉆孔，因此可以縮短生產時間和降低成本，同時提升定制化程度。展望未來，這種方法可能會通過啟發油墨創新和熱設計策略來影響更廣泛的增材制造領域，從而支持更多材料和基材。
(責任編輯：admin)
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