導電聚合物在儲能、柔性電子、生物醫藥等多個領域具有重要應用前景。當前導電聚合物的加工主要依賴於噴墨印刷、絲網印刷和光刻技術等技術。這些加工技術工藝複雜、成本高，限制了導電聚合物的快速創新及廣泛應用。
近日，麻省理工學院趙選賀團隊發明了一種導電聚合物墨水，首次實現了導電聚合物的高精度3D列印，為導電聚合物的加工製造提供了一個簡單快速、成本低廉的技術。該墨水列印性優異，實現導電聚合物微結構的高解析度3D列印；並可與現有列印材料集成，實現多材料3D列印。趙選賀團隊展示了高密度電極、柔性微電路等生物電子器件的快速、高通量製造。
原料的局限限制了技術的發展
導電聚合物 (Conducting polymers) 是近年來獲得眾多學者關注的材料，在柔韌性上與塑料相當，同時還有和金屬相似的導電性能。這種獨特的材料性能讓導電聚合物有著很廣泛的應用場景，但目前這一材料在加工製造環節有很明顯的瓶頸。團隊表示，這些導電聚合物可以較為輕易地作為塗料均勻噴塗在觸控螢幕表面。但現有的製造工藝難以實現高精度大面積的二維圖案，通過 3D 列印製造複雜三維結構更是從未實現過。
據介紹，現有針對導電聚合物的加工技術包括：電子束蝕刻(electron beam lithography)、噴墨列印以及類似絲網印刷的方式。這些方法都存在局限性：噴墨列印和絲網印刷只能得到較低精度的二維導電聚合物器件；電子束蝕刻只能實現較小規模的二維器件，而且成本很高。因而現階段，導電聚合物的製造加工是限制該材料進一步發展的關鍵障礙。而這次在利用導電聚合物打造各種元器件的過程中，採用 3D 列印的方法能在精度、造價和加工時間等方面較傳統工藝有著明顯提升。
導電聚合物的升級原理和升維過程
3D列印PEDOT:PSS墨水的合理設計是該技術的關鍵。通常情況下，導電聚合物以其單體或聚合物溶液形式加工使用，流動性強、不能直接用於3D列印。為了賦予導電聚合物3D列印所必需的流變性能，該研究團隊開發出一種簡單的方法將商業化PEDOT:PSS水溶液產品轉化為高性能可3D列印的導電聚合物墨水。
PEDOT:PSS的成功3D列印具有重要的現實價值。研究團隊首先以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETE)為基底，連續、快速製造出108多微電子電路(精度100 ？m)，總印刷時間少於30分鐘，實現了柔性高精度PEDOT:PSS電子電路的程序化、高通量製造。所列印出的電路可以輕易點亮LED燈，並且在彎折扭曲等力學作用下保持功能。
開發出能夠進行 3D 列印的導電聚合物，將可以利用這種材料進行大量印刷柔性、形狀結構多樣的電子器件，例如柔性電路和在腦機接口中使用的神經電極等。而該研究的首次成功實現了導電聚合物的高精度3D列印，在導電聚合物傳統加工處理技術之外開發了一種簡單快速、成本低廉的技術手段，為柔性電子、可穿戴/植入設備等器件定製及商業推廣提供了新策略。
3D列印迎來新突破，意義非凡
3D 列印而成的導電聚合物的生物電學性能、與神經接觸時表現出來的電學性能甚至比金屬更好。 對最新的研究成果來說，製作神經電極是一個非常具有代表性的應用場景，體現了既具有柔性又具有導電性的材料優勢。
當導電聚合物能夠通過 3D 列印製造各種具有高精度、三維的器件和結構時，它就比二維器件有更加廣泛的應用前景，比如三維的電路、三維的傳感器、三維的催化劑、三維的電池電極等，從二維到三維的突破為未來的各種器件提供了更多可能性。
（文章來源：維科網）