3D打印方法將可生物降解的聚合物變成導電電子組件

從智能手機的感官屏幕到健身設備和無線耳機，電子設備越來越多地整合到我們的日常生活中，在此過程中，電子設備越來越少，更輕，更靈活。但是，隨著對電子設備的需求不斷增長，並且需要更穩定的生產方式。

這個研究小組是由新加坡技術與設計大學（SUTD）的助理教授Michinao Hashimoto領導的問題。該團隊開發了一種新的3D打印方法，該方法將可生物降解的材料轉變為可導電結構，可以將強穩定性元件引入各種電子組件中。

“隨著3D技術的移動，不僅形成塑料，”副教授說。 “我們還談論了直接從穩定材料中創建設備等功能的證據。”

在 紙“通過浸入到浸入中的電導導電聚合物複合材料的擠出印刷。”該團隊研究了從植物中獲得的醋酸纖維素的使用，從植物中獲得的塑料是可生物降解的，越來越被視為合成聚合物的綠色替代品。但是，與他一起印章並不容易。該研究發表在雜誌上 ACS應用工程材料場地

基於擠出的傳統印刷方法，例如融化深度建模，依賴高溫 – 不降低無法抗拒。其他方法，例如鑄造膜，沒有數字製造所需的吐司和靈活性。

為了克服這一點，研究人員轉向直接拼寫墨水，該墨水在室溫下伸展聚合物墨水。他們的單個墨水將乙酸纖維素溶解在丙酮和石墨微粒中以實現電氣傳導。然而，墨水在空氣中散佈得太容易，從而導致丙酮緩慢蒸發的打印確定不佳。

突破性發生在研究人員展示周圍的水環境時。他們將墨水直接拉入水中，發起了一個稱為沈積的過程，水很快提取了用墨水製成的丙酮，然後將其固定在適當的位置。重要的是要注意，這一過程阻止了材料的傳播，這使得形成清晰，清晰定義的3D結構成為可能。

Hasimoto副教授解釋說：“這是第一次將浸入和3D的沉積物合併為導電聚合物複合材料的實施。” “這使我們可以在不堵塞或結構崩潰的情況下打印具有更高填充物含量的墨水。”

大多數印刷方法都在努力應對重量以上30-50％以上的填充劑。另外，噴嘴堵塞或失去對形式的控製成為一個問題。但是，由於他們的方法，基於沉浸式的方法，研究人員能夠打開高達60％的石墨濃度，同時保持良好的印刷和同質性。印刷的複合材料已經達到了30 s/m以上的傳導，足以支持諸如柔性方案和軟傳感器之類的應用。

他們還展示了這些印刷複合材料如何用於完成電路，成功為LED提供動力（LED）。為了另外證明其方法的多功能性，它們將壓倒性的螺旋結構印在凝膠支撐環境中，在那裡它們達到了複雜的幾何形狀，而無需傳統的森林或割後。

該論文的主要作者Arunraj C/O Chidambara博士說：“能夠在不支持的情況下打印懸垂的能力，確實擴大了我們可以做的事情。” “這是一種比犧牲結構的密封及其後來清除的更優雅和有效的方法。”

環境穩定性是該項目的主要驅動力。醋酸酯和纖維素石墨是可生物降解的，並且可以廣泛獲取。丙酮是一種用於墨水的溶劑，具有低毒性，在土壤和水中很容易惡化。這些材料的統一使團隊能夠為電子產品的生產提供可行的途徑，該電子產品提供了較少數量的環境。

該團隊打算將方法調整為其他聚合物和集合的組合，並檢查其印刷材料在隨著時間的推移中如何在實際條件下工作。主要目標是為生產穩定的高性能設備創建一個可擴展的廉價平台。

Khasimoto副教授補充說：“設置材料的特性並澄清過程，我們努力創建一個適用於特定應用的印刷功能複合材料的完整庫 – 無論是可穿戴技術，生物傳感器還是靈活的方案。”