极端制造 | 新技术！基于激光干气溶胶的高效无墨打印方法

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作 者

苏威铭，殷硕，James G. Lunney，Rocco Lupoi等

机 构

都柏林圣三一大学

Citation

Su W M et al. 2026. High throughput inkless printing using laser produced dry aerosols. Int. J. Extrem. Manuf.8015511.

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae02ff

撰稿 | 文章作者

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文章导读

随着柔性电子、能源器件等领域对绿色、高效制造需求的提升，传统基于溶液墨水的打印方法存在环境负担和效率受限等问题。

近期，爱尔兰都柏林圣三一大学机械制造及生物医学工程学院的殷硕教授和Rocco Lupoi教授团队提出了一种基于脉冲激光烧蚀原位产生干气溶胶的无墨打印新方法，实现了快速、高分辨率和高通量的直接制造，在功能材料沉积厚度和速度上取得突破性进展。相关成果以“High throughput inkless printing using laser produced dry aerosols”为题，发表于SCI期刊《极端制造（英文）》，博士研究生苏威铭为第一作者。

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图文解析

本研究的创新之处在于提出了一种全新的无油墨打印方法——激光烧蚀干气溶胶打印(LADAP)。该方法通过脉冲激光在常温常压下直接将固体靶材转化为干气溶胶纳米颗粒，无需预制功能墨水或溶剂，结合同轴鞘气实现气溶胶束的气流动力学聚焦，从而实现高通量、高分辨率沉积（如图1所示）。

图1LADAP免油墨打印示意图：干气溶胶纳米颗粒的激光实时原位生成与气动聚焦。

实验结果表明，LADAP能够在单次打印中实现银线条宽度最低至20 µm，最厚度可达数十微米，并支持高纵横比三维结构构建，适用于多种材料与基底（如图2(a)–(e)所示）。该无油墨、快速且环境友好的打印方式，为未来电子器件和功能材料的绿色制造开辟了新路径。

图2LADAP技术特性。(a) 微制造：打印在玻璃基板上的微型银图案及光学显微镜图像，插图为银样品横截面剖面轮廓线。(b) 多材料可打印：可打印材料靶材和样品展示，包括铜、Al₂O₃、钢和Ti6Al4V。(c)兼容多种基板材料：银图案在纸、PE、Kapton及Al₂O₃陶瓷上的打印效果。(d) 可扩展性：“TCD”字样银电路打印展示（小尺寸：14.0 × 5.5 mm；大尺寸：70.0 × 27.6 mm），展示从微型到大尺寸打印的可缩放性。(e) 高通量打印：不同脉冲频率下的银线SEM及横截面剖面，频率越高厚度越大，体现快速制备能力。

本研究进一步展示了LADAP在功能器件制造中的广泛应用潜力。利用该无油墨打印技术，研究人员成功制备了大电流承载的银电路，并实现了LED带的稳定驱动（如图3(a)所示）。同时，团队开发了基于蜿蜒形银线结构的应变与温度传感器，表现出优异的热阻效应与应变灵敏度，其温度灵敏度和应变规因子均可媲美商用传感器（如图3(b)–(f)所示）。此外，研究还展示了在陶瓷基底上快速打印X波段端射偶极天线的能力，其回波损耗与辐射特性均与仿真结果高度一致（如图3(g)–(j)所示）。这些成果表明，LADAP不仅能实现高分辨率与高通量沉积，还在电子电路、传感与射频器件制造方面展现出突出的实用前景。

图3LADAP的潜在应用。(a)银电路打印及应用示意：打印的字母形电路（“STAM”和“TCD”，总长度约85 cm）在施加额定电压时驱动LED灯带工作。(b)温度和应变传感器。(c) 温度传感性能。(d)-(f)应变传感性能。 (g)偶极天线。(h)偶极天线几何结构。(i)-(j) 偶极天线测量与模拟结果。

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总结与展望

该研究提出了一种简单、高效且绿色的高通量打印方法，实现了在多种基材上无溶剂沉积金属及氧化物等材料。通过原位激光生成及气动聚焦纳米颗粒气溶胶，LADAP方法可精确调控材料输运，既能打印高分辨率微形结构，又可实现高通量沉积，展现出广泛应用潜力。LADAP有望在微型电子线路、智能传感器及射频天线等领域替代传统油墨直写技术，同时通过优化气溶胶输运、拓展材料种类及提升空间分辨率，可进一步增强其实用性与可扩展性，为功能材料制造和先进器件开发提供新路径。

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作者与简介

苏威铭

都柏林圣三一大学

苏威铭，都柏林圣三一大学机械制造及生物工程学院博士研究生，主要研究方向为直写式微纳增材制造技术及设备研究。近年来以第一作者在Ceramics International，CIRP Annals-Manufacturing Technology，International Journal of Extreme Manufacturing等期刊发表论文4篇。

殷硕

都柏林圣三一大学

殷硕，都柏林圣三一大学机械制造及生物工程学院副教授、博士生导师。研究方向包括冷喷涂金属涂层及固态增材制造、激光金属3D打印、立体光刻陶瓷3D打印以及直写式金属微纳3D打印等。在Nature Sustainability、Nature Communications、Acta Materialia等期刊共发表相关论文200余篇，总引用10000余次。主持欧盟创新委员会（European Innovation Council）、欧盟玛丽居里科研委员会（Marie Curie Actions）、爱尔兰自然科学基金委员会（Science Foundation Ireland）、爱尔兰科学研究委员会（Irish Research Council）等多个科研项目。

Rocco Lupoi

都柏林圣三一大学

Rocco Lupoi，都柏林圣三一大学机械制造及生物工程学院教授、博士生导师。2008年于英国巴斯大学获得博士学位，随后在剑桥大学制造研究所从事增材制造相关博士后研究。主要研究增材制造、冷喷涂及气溶胶喷印等先进材料加工技术。AMBER和I-Form资助研究员，CIRP会员。主持多项国家及欧盟科研项目，成果涵盖金属、陶瓷及复合材料加工及建模。

个人主页：https://peoplefinder.tcd.ie/Profile?Username=LUPOIR

关于期刊

International Journal of Extreme Manufacturing(《极端制造》），简称IJEM，中国机械工程学会极端制造分会会刊，致力于发表极端制造领域相关的高质量最新研究成果。自2019年创刊至今，期刊陆续被SCIE、EI、Scopus等20余个国际数据库收录。JCR最新影响因子21.3，位列工程/制造学科领域第一。中科院分区工程技术1区，TOP期刊。入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊。

期刊网址：

https://iopscience.iop.org/journal/2631-7990

http://ijemnet.com/

期刊投稿：

https://mc04.manuscriptcentral.com/ijem-caep

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撰稿：作者 编辑：梁煜 审核：范珂艳 关利超

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