說起打印技術，相信人們早已司空見慣。但利用光脈沖將電子電路打印在特定物體上呢？

賓夕法尼亞州立大學聯(lián)合國際研究團隊開發(fā)了一種在復雜不規(guī)則物體表面打印，并可以生物降解的電路技術。這項技術不僅實現(xiàn)了低溫絕熱且造價低廉。 研究團隊將這一發(fā)現(xiàn)《柔軟可變形傳感器在曲面上的保形制造》（Conformal manufacturing of soft deformable sensors on the curved surface）發(fā)表于Materials Today上。

雖然，目前對于可拉伸結構的保形電子產(chǎn)品與納米材料已經(jīng)有過研究討論，但是在復雜物體表面上進行保形制造的研究并不多。賓夕法尼亞州立大學團隊的此項研究對現(xiàn)有保形和轉印等新穎打印制造技術領域進行了全面分析。

該論文的通訊作者，賓夕法尼亞州立大學工程科學與力學系工程科學與力學系職業(yè)發(fā)展教授程寰宇表示: “我們正試圖在三維幾何圖形上直接‘制造’電路，在此類復雜的物體上打印可以助力未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，到那時電路可以連接我們周圍的各種物體，無論是智能家居傳感器、組隊執(zhí)行復雜任務的機器人，亦或是嵌入人體的設備。”

在測試之初，研究團隊利用新納米粒子制作的油墨薄膜覆蓋在模板的覆蓋層上。隨后，研究員將高能氙光穿透過薄膜，僅用了幾毫秒，穿透薄膜的光“喚醒”了粒子，并且將它們通過模板轉移至新的物體表面上。

在實驗中，研究團隊還在玻璃杯和貝殼上進行了打印，結果發(fā)現(xiàn)就算物體表面很復雜，他們依舊可以通過轉移鋅打印出可以導電或當作天線使用的電子電路。

圖 | 實驗中利用脈沖光將電子電路打印在貝殼上（來源: 賓夕法尼亞州立大學)

近些年，為滿足全世界各地人們對電子產(chǎn)品的需求，各廠商可謂“各顯神通”。而當人們相繼更新迭代后，大多電子產(chǎn)品被廢棄至角落。據(jù)聯(lián)合國調(diào)查統(tǒng)計，每年被廢棄的電子產(chǎn)品至少有數(shù)百萬公斤，而這其中只有兩成左右可以被回收。隨著未來5G設備的普及和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這些問題將越來越嚴重。

對此，程寰宇說道：“相較于其他傳統(tǒng)印刷技術，我們研發(fā)的這種方法無需使用如真空室一樣的昂貴設備，也不需要數(shù)小時的操作就能獲得足夠壓力。因此速度更快、成本更低、更可持續(xù)。我們的電子產(chǎn)品每兩年左右就要升級一次，這就造成了巨大的電子垃圾。在未來，如果我們的電子產(chǎn)品足夠綠色，比如，可以被沖進下水道，那么這些產(chǎn)品會對我們的環(huán)境有很大幫助。”

盡管目前已有各類油墨印刷用于保形電子產(chǎn)品，不過對于納米材料來說，仍有巨大的研發(fā)空間。并且，包括可降解材料等相關功能也非常值得被探索。

通過使用功能性墨水在各類基礎材料上印刷電子應用產(chǎn)品的理念將滿足低成本，綠色環(huán)保且安全攜帶的消費需求。因此，該領域的發(fā)展將不可限量。到目前為止，這種打印技術可以制造包括天線、太陽能電池、電容器和傳感器等設備。

研究團隊希望，未來將更優(yōu)化技術流程和實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，以便實現(xiàn)他們更高的目標——在人體肌膚上研發(fā)健康類應用。

（來源：Pixabay）

據(jù)研究團隊介紹，生物降解性這種設備的安全性同樣非常高。雖然傳統(tǒng)電子產(chǎn)品可以通過軟件加密等方式進行信息保護，但依然存在被破解和泄露的風險。在這方面，由于可降解電子產(chǎn)品可被物理破壞，破壞后數(shù)據(jù)信息將無法恢復，這不僅安全性更高，還會是該領域的巨大的優(yōu)化和創(chuàng)新。

值得一提的是，通過這種打印技術未來或許能制造出可放置在身體上的醫(yī)療檢測傳感器。這種便攜式傳感器不僅可以長期監(jiān)測人體脈搏、體溫、呼吸頻率、心臟、腸胃運動等生理信號，還可以提供遠程的醫(yī)療診斷解決方案。

或許，這將改變?nèi)梭w植入式的醫(yī)療程序，甚至顛覆現(xiàn)有醫(yī)療保健行業(yè)。

該團隊表示，未來還將研究如何通過該技術實現(xiàn)制造永久性電路。他們計劃，將銀質(zhì)或銅質(zhì)溶液滲入打印設備表面，鋅基電通過化學置換轉變?yōu)殂y基電路或銅基電路。從理論角度，這讓永久性電路成為了可能。

不過，通過打印技術制造的電子設備仍在敏捷度、特殊配方的油墨等方面存在很大研發(fā)空間。此外，打印技術是否適用于人體肌膚或更復雜多樣的物體表面仍有許多研究要做。