3D打印固态导电离子弹性体作为触觉应用的通用构建块

3D打印科研前沿
2022
08/10
11:07
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供稿人:艾子超 鲁中良 供稿单位:西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

通过3D打印将柔软和导电材料塑造成优先的结构对于从触觉设备到生物电子学的众多应用极具吸引力。一种具有里程碑意义的软导电材料是水凝胶/离子凝胶。然而,3D打印水凝胶/离子凝胶仍然存在瓶颈:由于水凝胶/离子凝胶内液体的蒸发和泄漏,其电-机械性能的稳定性有限。尽管可光固化的无液体离子导电弹性体可以绕过这些限制,但相关的光固化工艺较为繁琐,印刷质量相对较差。在此,开发了一种快速光固化固态导电离子弹性体(SCIE),可实现任意结构的高分辨率3D打印。与传统的离子导电材料相比,印刷积木具有许多有前途的特性,包括高分辨率结构(甚至≈50μm悬挑晶格),良好的杨氏模量(高达≈6.2 MPa)和拉伸能力(断裂应变)≈292%),在广泛的温度范围内(从−30至80℃),以及良好的弹性和抗疲劳能力。


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图1. a和b)SCIE的实物照片和分子设计。c)SCIE的电压-电流曲线。d) SCIE的光固化动力学。e)SCIE的机械性能。f)SCIE与商用打印材料粘度的对比。g)SCIE和常用3D打印软材料的杨氏模量、导电性、固化速度和流动性的对比。

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图2.a)DLP 3D打印装置示意图。b)打印微米级结构的SEM图像。c)打印封闭微流控通道的实物照片。d)实现高精度3D打印机理的示意图。e)SCIE和水凝胶的长时间电导率变化。f)对比SCIE和文献中报道3D打印软材料的电导率和杨氏模量。

本研究展示了一种快速光固化SCIE,该SCIE允许使用定制架构对软离子导体进行高分辨率3D打印。SCIE消除了液体的使用,克服了富液体离子导电材料的传统限制,本研究的发现不仅为3D打印功能材料的设计提供了新的范例,而且为3D智能、灵活的电子设备的发展创造了新的机遇。
参考文献:

    张C,郑H,孙J,等。 3D 打印固态导电离子弹性体作为触觉应用的通用构件[J]. 先进材料,2021。




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