增材製造：會成為柔性電子技術發展的轉折點嗎？

導讀

電子元器件，給我們的印象大多是僵硬和刻板的。如果，它們可以被拉伸或者扭曲，也就成為了「有彈性」的電子器件。然而，這種柔性電子器件的製造，是使其走向大規模應用的關鍵。密蘇里科技大學的研究人員使用了一種增材製造，可以讓柔性電子器件變得更加普及。

（圖片來源於：密蘇里科技大學）

成果

這篇研究論文發表於2017年的《微型機械》雜誌上。論文中，密蘇里科技大學的研究人員評估了柔性電子器件這個新興領域的目前狀態。他們集中研究了一種導體，可以用於構建或者內置於彈性體聚合物的表面。

未來，這些導體有望取代僵硬而且脆弱的電路板，成為當今的電子設備的主要組件。例如，它們可以用於可穿戴感測器，粘貼在皮膚上，監測心率或者腦電波活動；或者，用於衣物或者薄太陽能板中，然後粘貼到彎曲的表面上。

挑戰

未來，柔性電子技術的關鍵在於其表面或者基質。彈性體，顧名思義，是一種具有高度彈性的柔性材料，意味著它可以反覆地彎曲、拉伸、扭曲，而對於性能產生的影響很小。

研究人員在論文「基於彈性體的彈性導體的材料、結構、圖案等技術」中解釋，這種類型的柔性電子產品所面臨的一個巨大挑戰就是：克服柔性彈性體基礎和脆弱電子導體之間的不匹配。

方案

（圖片來源於：密蘇里科技大學）

團隊領頭人、密蘇里科技大學機械與航天工程的博士 Heng Pan，認為相對較新製造技術「增材製造」，有助於解決這個問題。

「獨特的設計和拉伸機制，可以協調這種不匹配，將廣泛而不同屬性的材料集成一個獨特的系統中去。」

增材製造，是一種使得製造商可以設計三維物體的工藝，一層又一層，有點類似3D列印技術，但是使用的是金屬、陶瓷或者其他材料。在論文中，研究人員建議增材製造技術，可以用於「列印」彈性體表面超薄的高導電材料。

密蘇里科技大學的研究人員說：

「通過開發增材製造技術，直寫技術有望成為替代傳統的減法模式的一種方案。」

然而，減法方案包括光刻法，通常用於製造半導體。

Pan 和他的同事們，認為增材製造是一種相對經濟的方法，可以用於製造新設備。在密蘇里科技大學，他們測試了Pan 稱為「氣溶膠直接印刷」的方案。這個工藝包括噴塗導電材料以及集成彈性基底，目的在於開發可以放置於皮膚表面的感測器。

他們寫道：

「隨著設備複雜性和解析度的增加，需要更高級的提花技術。直接列印，是一種增材製造的方案，將滿足這種類型的需求，提供低成本、高速度的原型和製造方案。它將用於柔性電子的低成本和可伸縮的製造。」

未來

（圖片來源於：美國國家科學基金會）

未來，隨著柔性電子材料廣泛應用於消費電子、車載系統、醫療設備和其他領域，研發人員將對面臨更進一步的挑戰。這些挑戰包括：開發可以存儲能量的柔性電池、保證柔性電子器件能夠很好配合可延展的表面工作。

然而，Pan 和他的同事們對於柔性電子的未來持有樂觀態度。他們預見這種類型材料的增長，有利於應用在更加高效的導體，或者作為柔性表面來構建柔性電子器件。

參考資料

【1】http://news.mst.edu/2017/01/additive-manufacturing-a-new-twist-for-stretchable-electronics/

【2】Xiaowei Yu, Bikram Mahajan, Wan Shou, Heng Pan.Materials, Mechanics, and Patterning Techniques for Elastomer-Based Stretchable Conductors. Micromachines, 2016; 8 (1): 7 DOI: 10.3390/mi8010007