光脉冲印刷技术成功制造电子应用，未来或可在人体肌肤制造传感器

说起打印技术，相信人们早已司空见惯。但利用光脉冲将电子电路打印在特定物体上呢？

近日，宾夕法尼亚州立大学联合国际研究团队开发了一种在复杂不规则物体表面打印，并可以生物降解的电路技术。这项技术不仅实现了低温绝热且造价低廉。 研究团队将这一发现《柔软可变形传感器在曲面上的保形制造》（Conformal manufacturing of soft deformable sensors on the curved surface）发表于Materials Today上。

虽然，目前对于可拉伸结构的保形电子产品与纳米材料已经有过研究讨论，但是在复杂物体表面上进行保形制造的研究并不多。宾夕法尼亚州立大学团队的此项研究对现有保形和转印等新颖打印制造技术领域进行了全面分析。

该论文的通讯作者，宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系工程科学与力学系职业发展教授程寰宇表示: “我们正试图在三维几何图形上直接‘制造’电路，在此类复杂的物体上打印可以助力未来的物联网发展，到那时电路可以连接我们周围的各种物体，无论是智能家居传感器、组队执行复杂任务的机器人，亦或是嵌入人体的设备。”

在测试之初，研究团队利用新纳米粒子制作的油墨薄膜覆盖在模板的覆盖层上。随后，研究员将高能氙光穿透过薄膜，仅用了几毫秒，穿透薄膜的光“唤醒”了粒子，并且将它们通过模板转移至新的物体表面上。

在实验中，研究团队还在玻璃杯和贝壳上进行了打印，结果发现就算物体表面很复杂，他们依旧可以通过转移锌打印出可以导电或当作天线使用的电子电路。

图 | 实验中利用脉冲光将电子电路打印在贝壳上（来源: 宾夕法尼亚州立大学)

近些年，为满足全世界各地人们对电子产品的需求，各厂商可谓“各显神通”。而当人们相继更新迭代后，大多电子产品被废弃至角落。据联合国调查统计，每年被废弃的电子产品至少有数百万公斤，而这其中只有两成左右可以被回收。随着未来5G设备的普及和物联网产业的发展，这些问题将越来越严重。

对此，程寰宇说道：“相较于其他传统印刷技术，我们研发的这种方法无需使用如真空室一样的昂贵设备，也不需要数小时的操作就能获得足够压力。因此速度更快、成本更低、更可持续。我们的电子产品每两年左右就要升级一次，这就造成了巨大的电子垃圾。在未来，如果我们的电子产品足够绿色，比如，可以被冲进下水道，那么这些产品会对我们的环境有很大帮助。”

尽管目前已有各类油墨印刷用于保形电子产品，不过对于纳米材料来说，仍有巨大的研发空间。并且，包括可降解材料等相关功能也非常值得被探索。

通过使用功能性墨水在各类基础材料上印刷电子应用产品的理念将满足低成本，绿色环保且安全携带的消费需求。因此，该领域的发展将不可限量。到目前为止，这种打印技术可以制造包括天线、太阳能电池、电容器和传感器等设备。

研究团队希望，未来将更优化技术流程和实现大规模生产，以便实现他们更高的目标——在人体肌肤上研发健康类应用。

（来源：Pixabay）

据研究团队介绍，生物降解性这种设备的安全性同样非常高。虽然传统电子产品可以通过软件加密等方式进行信息保护，但依然存在被破解和泄露的风险。在这方面，由于可降解电子产品可被物理破坏，破坏后数据信息将无法恢复，这不仅安全性更高，还会是该领域的巨大的优化和创新。

值得一提的是，通过这种打印技术未来或许能制造出可放置在身体上的医疗检测传感器。这种便携式传感器不仅可以长期监测人体脉搏、体温、呼吸频率、心脏、肠胃运动等生理信号，还可以提供远程的医疗诊断解决方案。

或许，这将改变人体植入式的医疗程序，甚至颠覆现有医疗保健行业。

该团队表示，未来还将研究如何通过该技术实现制造永久性电路。他们计划，将银质或铜质溶液渗入打印设备表面，锌基电通过化学置换转变为银基电路或铜基电路。从理论角度，这让永久性电路成为了可能。

不过，通过打印技术制造的电子设备仍在敏捷度、特殊配方的油墨等方面存在很大研发空间。此外，打印技术是否适用于人体肌肤或更复杂多样的物体表面仍有许多研究要做。