团队开发了用光脉冲在不规则表面上印刷电路的技术

可打印电子产品可能会导致智能连接设备的激增，从可以相互通信的家用电器到可以放置在身体上以放弃侵入性程序的医疗诊断传感器。但是打印表面的多样性带来了挑战，因为用于在平面物体上打印的方法可能不适用于人体皮肤或适用于复杂的纹理和形状。

在宾夕法尼亚州立大学的带领下，一个国际研究团队开发了一种低成本、低热传递技术，可以在各种复杂的几何形状和潜在的人体皮肤上打印可生物降解的电子产品。他们今天在《今日材料》上发表了他们的发现。

“我们正试图在自由形式的 3D 几何结构上直接制造电路，”宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系 (ESM) 的 Dorothy Quiggle 职业发展教授 Huanyu “Larry” Cheng 说。“在复杂物体上打印可以实现未来的物联网，其中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、一起执行复杂任务的机器人，还是放置在人体上的设备。”

为了开始打印过程，研究人员用锌纳米颗粒制成的墨水覆盖了薄膜。该薄膜附着在目标表面上的模板状覆盖层上。研究人员然后通过薄膜脉冲高能氙灯。在几毫秒内，来自这种光的能量足以激发粒子，从而通过模板将它们转移到新的表面。使用这种方法，新表面的形状可能很复杂：实验中的打印对象包括玻璃烧杯和贝壳。转移的锌形成了可用作传感器或天线的导电电子电路。

Cheng 说，与其他电子印刷技术相比，这种方法速度更快、成本效益更高，因为它不使用真空室等需要数小时运行才能达到适当压力的昂贵设备。它也可以更可持续。

“我们的电子产品每两年左右升级一次，这就造成了大量的电子垃圾，”程说。“当我们展望未来时，如果我们的电子产品足够环保，可以冲进马桶，那么它们的使用对环境就会好得多。”

这种生物降解性因素也提高了此类设备的安全性。传统的基于硅的电子产品可以使用加密软件进行保护，但可生物降解的电子产品使安全性更进了一步。

“如果你的设备只用软件加密，它总是可以被破解，并且存在潜在的信息泄漏，”程说。“这种可生物降解的设备可以被物理破坏，因此数据无法恢复;它提供了传统硅设备无法解决的独特机会。”

该团队还探索了将印刷的可生物降解锌电路转换为永久性电路的选项。研究人员将印刷表面浸入含有铜或银的溶液中。通过化学置换过程，锌基电路变成了银基或铜基电路，从而可以更长期地使用电路。

未来，该团队计划研究使打印过程对大规模制造更友好的方法。打印程序的优化以及用于健康监测应用的皮肤打印也将是一个优先事项。

这项研究的其他贡献者包括隶属于宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系的 Ning Yi;Yuyan Gao、Antonino Lo Verso Jr.、Daniel Erdely 和 Jia Zhu 与 ESM;薛翠丽，上海交通大学;和宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室的 Robert Lavelle。

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