莱斯大学的研究人员开发了一种3D打印工艺，该工艺利用聚焦微波在制造过程中加热电子墨水，而不会损坏周围材料，从而解决了困扰该领域十多年的难题。这项于4月13日发表在《科学进展》（Science Advances）上的研究成果，有望催生一类此前无法制造的新型混合电子器件。
核心障碍始终在于热处理。印刷功能性电子器件需要加热油墨以激活其功能，但这种热量会破坏其下方的温度敏感材料。莱斯大学乔治·R·布朗工程与计算学院机械工程系助理教授孔永林（Yong Lin Kong）与长期合作伙伴、新加坡国立大学副教授、微波工程专家何约翰（John Ho）共同设计了一种名为Meta-NFS的解决方案，Meta-NFS是“超材料启发式近场电磁结构”（metamaterial-inspired near field electromagnetic structure）的缩写。该技术可以将微波能量集中到一个仅150微米大小的加热区域，这大约相当于一根头发的直径。
孔教授表示：“通过选择性地加热打印材料，我们能够对油墨的功能特性进行空间编程，即使周围是温度敏感材料也能做到。这使我们能够将自由成型的电子元件集成到包括生物聚合物和活体生物组织在内的各种基材上，所有这些都可以在桌面级打印机中完成，而无需复杂的设备或劳动密集型的手工流程。”
图片来源：莱斯大学
通过在打印过程中调整微波参数，该团队能够精确控制打印颗粒的微观结构，从而在一次打印过程中无需更换材料，即可创建机械和电子性能相差几个数量级的多功能电路。该方法适用于金属、陶瓷和热固性聚合物，微波的穿透深度足以加热完全封装的材料。
该团队的概念验证实验已拓展至生物学领域。他们将无线应变传感器打印到超高分子量聚乙烯（一种用于关节置换的生物聚合物）上，制造出可以监测应力或磨损的植入物。他们还将无线传感器直接打印到牛股骨和一片活叶上。
孔教授的研究团队目前正利用Meta-NFS技术，开发用于个性化诊断的可摄入式电子系统、与生物器官连接的仿生设备，以及集成电子元件的3D打印软体机器人和无人机。该研究由美国海军研究办公室和国立卫生研究院资助。
来源：news.rice.edu
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