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  3D打印作為一種快速發展的數字化成型技術，在不依靠任何模具制品的前提下，可以實現從計算機輔助設計到復雜3D實體之間的跨越。在眾多3D打印技術中，數字光處理（DLP）具有打印速度快、分辨率高、成本低等優點，在醫療設備、航空航天結構、智能電子器件和軟機器人等工程應用中顯示出無與倫比的優越性。然而，目前3D打印依然受到各種因素的限制，尤其是可選擇的打印材料種類非常有限，并且常用的熱固性或熱塑性樹脂是剛性和非導電材料，極大地限制了3D打印在柔性電子器件中的應用。近年來，3D 打印軟導電材料（如水凝膠/離子凝膠）的快速發展為可穿戴觸覺設備和生物電子等智能應用開辟了新機遇，但是仍然面臨一些無法逾越的瓶頸：水凝膠/離子凝膠內液體容易蒸發或泄漏，導致其電學和機械性能的穩定性欠佳。雖然通過設計光固化離子彈性體可以克服這些難題，但是目前大多數離子彈性體的光聚合動力學較慢和光固化效率極低。因此，迄今鮮有高精度3D打印的離子彈性體被報道。

  基于此，香港城市大學王鉆開教授團隊報道了一種可快速光固化的全固態導電離子彈性體（SCIE），實現了導電軟材料的高分辨率3D打印，從根本上解決了3D打印凝膠在應用中溶劑蒸發或泄露的難題。與傳統3D打印導電凝膠相比，SCIE不僅能打印出高分辨率的懸垂晶格結構（~50 μm）,而且在較寬的溫度范圍內展現出優秀的力學性能、可拉伸性、導電性以及抗疲勞能力。通過設計與優化拓撲結構，3D 打印柔性觸覺傳感器表現出高無結構設計傳感器幾倍的靈敏度。此外，SCIE還具有優異的普適性，可以與其他功能性無機材料復合，為 3D打印功能材料的設計提供了新范式，同時也推動了 3D打印在智能柔性電子器件中的應用。

圖1. 3D打印SCIE的設計和優點。（a和b）SCIE的實物照片和分子設計。（c）SCIE的電壓-電流曲線。(d) SCIE的光固化動力學。（e）SCIE的機械性能。（f）SCIE與商用打印材料粘度的對比。（g）SCIE和常用3D打印軟材料的楊氏模量、導電性、固化速度和流動性的對比。

圖2. SCIE的3D打印性能表征。（a）DLP 3D打印裝置示意圖。（b）打印微米級結構的SEM圖像。（c）打印封閉微流控通道的實物照片。（d）實現高精度3D打印機理的示意圖。（e）SCIE和水凝膠的長時間電導率變化。（f）對比SCIE和文獻中報道3D打印軟材料的電導率和楊氏模量。

圖3. 3D打印壓阻傳感器的拓撲設計與觸覺性能。（a）通過拓撲設計增強打印構件的壓縮應變恢復能力。（b）3D打印構件的光學圖像及其截面應力分布。（c）對比3D打印構件和文獻中報道彈性材料的抗疲勞性。（d）3D打印螺旋二十四面體作為壓阻傳感器的優點。（e） 不同拓撲結構壓阻傳感器在不同壓力刺激下的電阻變化。（f）3D打印螺旋二十四面體傳感器在不同頻率壓力刺激下電阻變化。

圖4.可伸縮微電路的一步打印及其高靈敏度電容式傳感器設計。（a）可伸縮微電路一步打印的示意圖。（b）打印微電路的拉伸性能。（c）與現有打印微電路的拉伸性能和制備時間的對比。（d）拓撲結構設計增加電容式傳感器的靈敏度。（e）不同厚度的空隙結構壓阻傳感器在不同壓力刺激下的電容變化。（f）對比打印電容傳感器和傳統壓力傳感器的靈敏度和最小檢測壓力。

  相關成果以“3D printed, solid-state conductive ionoelastomer as a generic building block for tactile applications”為題發表于Advanced Materials。本文的第一作者是香港城市大學博士后研究員張超博士、鄭煥璽博士和孫靜博士，通訊作者是香港城市大學王鉆開教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202105996