Trodimenzionalno (3D) štampanje je postalo sve naprednije u poslednjih nekoliko godina i uspešno se koristi za kreiranje bezbrojnih predmeta, uključujući igračke, nameštaj i elektronske komponente. Kako oprema za 3D štampanje postaje pristupačnija, potencijalno bi se mogla koristiti i za proizvodnju mekih elektronskih komponenti za uređaje koji se mogu nositi.
Uprkos obećanjima u ovoj oblasti, do sada se 3D štampa retko uspešno koristila za proizvodnju složene i fleksibilne elektronike. Jedan od razloga za to je taj što je elastične materijale u čvrstom stanju koji mogu da provode električnu energiju teško štampati korišćenjem postojećih mastila.
Istraživači sa Korejskog instituta za nauku i tehnologiju nedavno su demonstrirali uspešnu upotrebu 3D štampanja za stvaranje elastičnih komponenti koje mogu da provode električnu energiju. Njihova predložena strategija štampanja, opisana u radu u Nature Electronics, potencijalno bi mogla da otvori put ka štampanju velikih razmera multifunkcionalnih i rastezljivih komponenti za uređaje koji se mogu nositi.
Timska realizacija elastičnih provodnika pomoću 3D štampe je u velikoj meri omogućena novim kompozitnim mastilom na bazi emulzije koje su osmislili. Ovo specijalno mastilo se sastoji od tečnih komponenti dispergovanih unutar provodnog elastomera, gumenog materijala koji sprovodi struju.
„Štampanje elastičnih provodnika u čvrstom stanju sa trodimenzionalnom geometrijom je izazov jer reološka svojstva postojećih mastila obično dozvoljavaju samo taloženje u slojevima“, napisali su Bieongmoon Lee, Hiunjoo Cho i njihove kolege u svom radu.
„Pokazali smo da se sistem emulzije – koji se sastoji od provodnog elastomernog kompozita, rastvarača koji se ne meša i rastvarača za emulziju – može koristiti za omnidirekciono štampanje elastičnih provodnika. i trodimenzionalne geometrije van ravni koje treba direktno napisati—i ponašanja pseudoplastike i podmazivanja koja obezbeđuju stabilnost štampanja i sprečavaju začepljenje mlaznica.“
Kompozitno mastilo koje koriste istraživači ima brojne prednosti u poređenju sa drugim mastilima koja se obično koriste u 3D štampanju. Konkretno, pokazuje viskoelastičnost, stanjivanje na smicanje i svojstva podmazivanja, što bolje podržava štampanje složenih 3D struktura.
„Štampane strukture intrinzično rastegljivog provodnika pokazuju minimalnu veličinu karakteristika manju od 100 μm i rastezljivost veću od 150%“, napisali su Lee, Cho i njihove kolege u svom radu. „Isparavanje dispergovane faze rastvarača u emulziji rezultira formiranjem mikrostrukturiranih, površinski lokalizovanih provodnih mreža, koje poboljšavaju električnu provodljivost.“
Da bi demonstrirali potencijal svog pristupa 3D štampanju i mastila zasnovanog na emulziji koje su dizajnirali, istraživači su odštampali elastične interkonekcije koje su zatim koristili za kreiranje nosivog temperaturnog senzora sa rastezljivim ekranom. Utvrđeno je da ovaj uređaj dobro radi i isti metod bi uskoro mogao da se koristi i za kreiranje raznih drugih rastezljivih i provodnih komponenti.
U svom radu, Li, Čo i njihove kolege ističu mogućnost kombinovanja svog pristupa sa tehnologijama 3D skeniranja kako bi se stvorila mekana elektronika koja je savršeno usklađena sa oblikom ljudskog tela i samim tim udobnija za korisnike. Pored toga, mastilo koje su stvorili bi moglo da inspiriše stvaranje drugih mastila na bazi emulzije koje deluju slično, ali su zasnovane na različitim kompozicijama i elastomerima.
