卡耐基梅隆大學3D列印可拉伸可穿戴的電子「紋身」

2020-12-16 3D科學谷

根據3D科學谷的市場觀察，來自卡內基梅隆大學工程學院和葡萄牙科英布拉大學系統與機器人研究所的研究人員開發了一種簡單有效的方法來製造堅固、高度靈活的紋身式電路，用於可穿戴計算。

科學家採用低成本的3D列印工藝將導電液態金屬合金列印到附著在人體皮膚上的紋身紙上。這些超薄紋身可以很容易地用水蘸上，就像用溼海綿塗抹兒童的裝飾紋身一樣。

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卡耐基梅隆大學

讓電路更隨形

電子「紋身」的低成本加工

研究結果發表在《高級材料》的一篇論文中，除了低成本加工外，這些紋身還有其他優點。因為它們具有類似於輕質織物的機械性能，所以它們在彎曲、摺疊、扭曲和30％以上的應變（這是人類皮膚的典型可拉伸性）下仍保持功能。它們可以貼合併附著在高度彎曲的3D表面上，例如人腦或檸檬模型。超薄、順應性電子紋身的應用包括表皮生物監測、軟機器人、柔性顯示器等。

卡耐基梅隆大學

其他類似紋身的電子產品要麼在無塵室內部需要複雜的製造技術，要麼缺乏皮膚上可拉伸數字電路功能所需的材料性能。而卡耐基梅隆大學的機械工程學副教授兼軟機實驗室主任卡梅爾·馬吉迪（Carmel Majidi）打開了一種新的途徑，用一種經濟的方式製造可拉伸電子電路。

2018年，馬吉迪教授和他的團隊還創造了一種能夠自我修復的電路，即使在切斷或損壞主要路徑後，它也可以繼續工作。他們創造了一種由液態金屬製成的材料，該材料也可以物理修復損壞。當將兩片液態金屬電複合材料放置在一起時，他們像自癒合一樣融合在一起。這項創新使電路可以承受更大的損壞，因為它們可以簡單地對其進行自我修復。

根據3D科學谷的了解，卡耐基梅隆大學還使用有機矽彈性體通過3D列印技術開發了具有壓力感應功能的可穿戴式脈搏血氧儀。基於手指或腳趾的解剖學掃描，可通過3D列印製造針對患者的柔軟袖帶，並與柔性電子設備集成在一起以計算心率，血氧含量和活動狀態。

3D科學谷Review

關於直寫3D列印技術，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室LLNL曾開展了一個新的金屬3D列印技術研究項目–金屬直寫技術（Direct Metal Writing），根據LLNL，金屬直寫3D列印技術研發的一個關鍵點是，如何精確控制溫度和材料的流動，掌握材料的流動屬性。

直接書寫技術是高通量3D列印領域十分具有想像空間的技術，這項技術的專利中就包括哈佛大學Lewis教授的直接書寫專利。Lewis教授認為這種直接書寫的列印技術有利於創建最小收縮和變形的結構，並且可實現大尺度列印的可能，這種可以用來實現平面和三維維度上微結構的零件快速生產具有廣闊的應用空間。具體可商業化的領域包括印刷電子、太陽能電池、微流體晶片、新型複合材料、組織工程等。

根據新華網，西湖未來智造的高精度3D直寫設備樣機已在和國內多家微電子領域企業正在論證中，標準化設備生產周期為5-10個月，可實現0.1-10微米精度的多材料列印，並結合新型嵌入式工藝，實現複雜三維結構列印；多工藝混合3D列印設備生產周期為6-18個月，可實現10-100微米精度融合金屬、介質的複雜三維結構列印。

根據3D科學谷的市場觀察，我國研究機構也在開展3D列印電池技術的應用研究。例如，深圳大學增材製造研究對低溫直寫3D列印製造鋰電池電極的製造進行了研究，3D列印LiFePO4正極與Li4Ti5O12負極，未來可應用於助聽器、電子手環等終端。

更多信息，請參考3D科學谷發布的《3D列印與電子產品白皮書 1.0》，《3D列印與5G白皮書1.0》

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