基于墨水直寫（DIW）的3D打印技術(shù)可實現(xiàn)柔性發(fā)光器件的全打印制造

一、研究背景：

柔性可拉伸發(fā)光器件正在各大創(chuàng)新性領(lǐng)域快速發(fā)展，比如可穿戴電子、顯示器和仿生機器人等。然而，傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷、納米轉(zhuǎn)印等技術(shù)在柔性電致發(fā)光器件開發(fā)上仍然面臨著步驟多、耗時久、成本高、一體化制造難等挑戰(zhàn)。

二、文章簡介： 近日，南方科技大學(xué)機械與能源工程系副教授劉吉團隊報道了一種基于墨水直寫（DIW）的3D打印技術(shù)。該技術(shù)能夠用于一體化設(shè)計和制造新型柔性電致發(fā)光器件和軟體機器人，實現(xiàn)柔性發(fā)光器件的全打印制造。 圖1. 示意圖。

三、研究內(nèi)容：

研究人員首先開發(fā)了一系列針對DIW 3D打印柔性發(fā)光器件的墨水，通過3D打印構(gòu)建了共價鍵交聯(lián)的強韌界面，確保打印器件在反復(fù)拉伸彎曲扭轉(zhuǎn)變形時仍能穩(wěn)定發(fā)光（圖2）。結(jié)合多材料3D打印技術(shù)，研究人員實現(xiàn)了一體化快速打印定制化圖案“SUSTech”發(fā)光腕帶。這類簡單快捷的制備工藝可替代傳統(tǒng)方法，實現(xiàn)高效制備柔軟可拉伸定制化的電致發(fā)光器件。

圖2. 多材料3D打印柔性可拉伸電致發(fā)光器件。

研究人員從自然界變色龍身上獲得靈感，通過3D打印技術(shù)將柔性發(fā)光單元以及光傳感單元集成在軟體機器人上，構(gòu)建人工智能偽裝系統(tǒng)（圖3）。集成的光傳感器可實時接收外部環(huán)境光信號，通過邏輯電路信號處理將環(huán)境光信號轉(zhuǎn)換為電信號控制軟體機器人不同部位的發(fā)光單元顯示，從而實現(xiàn)機器人行走過程中自主感知環(huán)境變化并迅速響應(yīng)做出偽裝反饋（文末附補充視頻1）。

圖3. 集成發(fā)光機器人偽裝及邏輯電路控制示意圖。

此外，研究人員通過設(shè)計多彩發(fā)光單元及相應(yīng)的邏輯回路，可實現(xiàn)彩色實時偽裝。研究人員首先嘗試打印多彩像素矩陣，通過光傳感單元感知環(huán)境光色彩變化，可實時控制矩陣單一色彩顯示。如圖4所示，當機器人爬行到不同顏色環(huán)境光區(qū)域，發(fā)光單元被選擇性點亮以匹配環(huán)境光變化，這種能力與自然界的變色龍十分相似（文末附補充視頻2）。

圖4. 集成軟體機器人自適應(yīng)多彩環(huán)境光變化。

四、結(jié)論與展望：

綜上所述，該工作開發(fā)了一系列可3D打印的墨水，分別用于離子導(dǎo)電層、電致發(fā)光層（多種發(fā)光）和介電絕緣層，通過一體化多材料3D打印可制得柔性可拉伸多彩電致發(fā)光器件；且各層之間的穩(wěn)鍵界面確保這類3D打印顯示器件在高拉伸大變形下，依舊具有穩(wěn)定的發(fā)光特性。此外，該工作將3D打印發(fā)光器件與軟體機器人、光傳感單元相結(jié)合，開發(fā)了一種可以感知外界環(huán)境光變化、且迅速做出響應(yīng)的人工偽裝自適應(yīng)系統(tǒng)，為下一代智能機器人提供了新的設(shè)計思路（圖5）。

圖5. 3D打印柔性電致發(fā)光器件與自適應(yīng)軟機器人集成制造示意圖。