柔性傳感器因其在彎折、扭曲、拉伸等大變形條件下具有穩(wěn)定的傳感性能，在軟體機器人、可穿戴電子和生物醫(yī)療等領域被廣泛應用。柔性傳感器的主要制造方法包括光刻技術和印刷技術等。印刷技術制造作為增材制造，具有綠色、低成本和可大面積制造的優(yōu)勢。其中，電流體動力噴墨打?。妵娪。┘夹g因其具有多種功能材料的兼容性，有望替代傳統(tǒng)光刻技術，實現(xiàn)柔性傳感器的高分辨率和跨規(guī)模制造，為柔性電子產(chǎn)品的低成本、綠色制造和微小型化開辟新的道路。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，為了探討研究電噴印刷柔性傳感器的技術與發(fā)展趨勢，來自天津大學理學院、天津市分子光電科學重點實驗室的研究人員在《化學進展》期刊發(fā)表了題為“電噴印刷柔性傳感器”的綜述文章，重點介紹了電噴印刷柔性傳感器的工藝、材料和應用的最新研究進展，并討論了下一代電噴印刷技術在柔性傳感器領域的機遇與挑戰(zhàn)。

電流體動力噴墨打印

電流體動力噴墨打印是一種利用高壓產(chǎn)生電場，進而將功能墨水按照預先設計的圖案印刷到基底，從而實現(xiàn)高分辨率圖案化的印刷技術。在材料和工藝方面，設計適于電噴印刷的功能墨水配方，調(diào)控墨水與柔性基底的表面能匹配，探索最佳打印參數(shù)實現(xiàn)泰勒錐噴射，是實現(xiàn)柔性傳感器的微型化、高精度、高分辨率印刷的關鍵環(huán)節(jié)。目前，金屬材料、聚合物材料、金屬氧化物材料和碳導電材料等多種功能材料被應用于制備高性能可印刷功能墨水，應用于制備高分辨率的壓力、氣體和電化學等柔性傳感器。

金屬材料用于電噴印刷功能材料制備的相關研究成果：（a）在柔性基底上電噴印刷銀墨水的微電極陣列；（b）和（c）印刷的高分辨率圖案；（d）曲面玻璃上電噴印刷金墨水的光學照片；（e）和（f）在12 V DC電壓下加熱器的紅外圖像

聚合物材料用于電噴印刷功能材料制備的相關研究成果：（a）PEDOT:PSS/ GR/ SWCNT墨水制備工藝流程圖；（b）聚苯胺墨水電噴印刷在電極上

碳導電材料用于電噴印刷功能材料制備的相關研究成果：（a）氧化石墨烯作為墨水的電噴印示意圖；（b）印刷微尺度石墨烯不同圖案的光學顯微照片

金屬氧化物材料用于電噴印刷功能材料制備的相關研究成果：（a）電噴印刷通過靜電紡絲和破碎工藝制備的金屬氧化物納米纖維；（b）在傳感電極和加熱器上電噴印刷制備納米纖維氣體傳感器陣列

電噴印刷柔性傳感器的應用

柔性壓力傳感器因其具有柔性、耐用性、高度生物相容性等特點緊密黏附在人體皮膚上，從而實現(xiàn)對如心率、呼吸頻率等生理健康指標的實時監(jiān)測。有研究人員通過電噴印刷的方法制備出微型金屬導體，以此創(chuàng)建了具有金屬導電性、出色柔韌性和可拉伸性的導電路徑，展示了在應用時可重復使用的巨大優(yōu)勢，相關研究成果可用于定向制造柔性和可拉伸設備。

電噴印刷壓力傳感器相關研究成果：（a）柔性壓力傳感器制備過程示意圖；（b）手指彎曲不同角度的圖像和頸部肌肉的微運動的監(jiān)測

為了提高氣體傳感器的靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性等性能，許多研究人員將研究重心放在功能墨水的功能材料選擇上。有研究人員利用電噴印的方法，通過優(yōu)化印刷參數(shù)，制備了最小直徑小于50 μm的電紡納米纖維的微尺度圖案，隨后集成了氣體傳感器陣列，可用于檢測有毒氣體，如NO2、CO和H2S。通過電噴印刷的納米纖維微米尺度圖案可以應用于懸浮的MEMS平臺，而不會造成任何結構損壞。這些工作滿足了環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療保健診斷等領域?qū)θ嵝詡鞲衅鞯奈⑿突枨蟆?/p>

電噴印刷氣體傳感器相關研究成果：（a）在不同電壓下方波和三角波形狀中的電噴印刷線條圖案的光學顯微鏡圖像；（b）傳感器在MEMS平臺的應用；（c）電噴印刷納米纖維材料的掃描電子顯微鏡圖

利用電噴印制造技術制備高靈敏度、微型化電化學傳感器，已成為可穿戴式傳感器的研究熱點。有研究人員通過按需滴墨（DoD）的電噴印模式，使用高度濃縮的石墨烯墨水制備了微尺度石墨烯圖案，為制備高性能電化學傳感器裝置提供了新思路。這些工作有望解決健康醫(yī)療等領域急需能夠監(jiān)測和檢測各種生物和化學化合物的低成本、高靈敏度、微型化電化學傳感器的問題。

電化學傳感器相關研究成果：（a）（b）按需噴墨模式脈沖電壓示意圖；（c）按需噴墨印刷點陣列；（d）噴墨印刷連續(xù)線；（e）印刷石墨烯線電阻率和線寬隨印刷次數(shù)的變化；（f）一次印刷石墨烯微結構的拉曼圖像

盡管電噴印技術在高分辨率柔性傳感器印刷制造領域具有柔性襯底兼容性、高分辨率、微小型圖案的印刷、符合綠色發(fā)展等優(yōu)勢，然而，電噴印刷高性能柔性傳感器仍然面臨諸多挑戰(zhàn)與機遇。

因此，通過設計制備高性能的墨水材料和柔性基底材料，調(diào)控墨水和基底的表界面性能，優(yōu)化印刷過程中的印刷參數(shù)，利用電噴印刷的多噴頭打印和多場協(xié)同技術，實現(xiàn)柔性電子器件的高效率、高分辨率、大面積制造將是下一代電噴印技術面臨的巨大機遇和挑戰(zhàn)。隨著相關瓶頸的突破，電噴印刷技術將在軟體機器人、可穿戴電子、生物醫(yī)療等領域進一步拓展更多應用。

審核編輯：郭婷