據麥姆斯咨詢介紹，為了推動軟機器人技術、皮膚集成電子設備和生物醫學設備的發展，美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員開發出了一種柔軟可拉伸的新型3D打印材料。這種材料可用于制造可穿戴器件，戴在手指上的傳感器。

研究人員開發的3D打印材料柔軟、可拉伸，具有與組織和器官相匹配的特性，而且可以自組裝。研究小組表示，他們的方法采用了一種新工藝，消除了過去制造方法的許多缺點，如導電性較差或器件故障等。

具體來說，研究人員開發了一種基于液態金屬（LM）和導電聚合物的可打印軟材料，這種材料在打印后可進行自組裝，從而獲得一種非對稱自絕緣可拉伸導體（aSISC）。這種aSISC材料的底面可以達到很高的電導率（2089 S/cm），且不需要其它基于液態金屬導體所需要的二次激活過程，這對于大面積、低成本的高產能制造非常有利。有趣的是，它還能同時實現自絕緣頂面，解決基于液態金屬導體的泄漏問題。此外，aSISC還具有高度可拉伸性（> 800%）和皮膚級模量，是制造與動物或人體連接器件導體的理想候選材料，有望用于健康監測和治療應用。這項研究成果已發表于Advanced Materials期刊。

該研究通訊作者、賓夕法尼亞州立大學工程與力學助理教授、生物醫學工程助理教授、地球與礦物科學學院材料科學與工程助理教授Tao Zhou介紹說：“近十年來，人們一直在開發軟性可拉伸導體，但導電率通常不是很高。研究人員意識到，可以利用液態金屬導體實現高電導率，但這種方法的重大局限在于，在達到高電導率之前，需要采用輔助方法來激活材料?！?/span>

研究人員表示，基于液態金屬的可拉伸導體存在固有的復雜性和制造后激活相關的挑戰。二次激活方法包括拉伸、壓縮、剪切摩擦、機械燒結和激光活化，所有這些方法都會給制造帶來挑戰，并可能導致液態金屬泄漏，造成器件故障。

Tao Zhou說：“我們的方法不需要任何二次激活就能使材料導電。這種材料可以自組裝，使其下表面具有很強的導電性，上表面則具有自絕緣性?！?/span>

在這種新方法中，研究人員將液態金屬、一種名為PEDOT:PSS的導電聚合物混合物和親水性聚氨酯結合在一起，使液態金屬轉變為顆粒。當打印并加熱這種復合軟材料時，其底層表面的液態金屬顆粒會自組裝成導電通道。頂層的顆粒暴露在富氧環境中會氧化，形成絕緣頂層。導電層對于向傳感器傳遞信息至關重要，例如人體肌肉活動記錄和應變傳感，而絕緣層則有助于防止降低數據采集準確性的信號泄漏。

Tao Zhou介紹說：“這正是我們在材料方面的創新。通常當液態金屬與聚合物混合時，它們是不導電的，需要二次激活才能實現導電。但這三種成分可以實現自組裝，產生高導電性的柔軟可拉伸材料，而無需二次激活方法?！?/p>

這種材料還可以進行3D打印，從而更容易制造可穿戴設備。研究人員正在繼續探索這種材料的潛在應用，重點是為殘疾人提供輔助技術。

審核編輯：彭菁