用于3D打印的高性能導(dǎo)電聚合物

供稿人:郝志巖、王玲
供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室　

導(dǎo)電聚合物在儲能、柔性電子和生物電子等各方面的應(yīng)用是很有前景的材料。然而，導(dǎo)電聚合物的制造主要依賴于常規(guī)方法，例如噴墨打印，絲網(wǎng)印刷和電子束光刻等，制造方法的局限性阻礙了導(dǎo)電聚合物的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。美國麻省理工學(xué)院的研究人員介紹一種用于3D打印的基于聚（3,4-乙撐二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）的高性能可打印導(dǎo)電聚合物墨水。非常優(yōu)秀的打印性能可以使導(dǎo)電聚合物輕松制造成高分辨率和高長寬比的微結(jié)構(gòu)。這種微結(jié)構(gòu)也可以通過多材料3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)與其它材料（例如絕緣彈性體）的混合打印。3D打印的導(dǎo)電聚合物也可以轉(zhuǎn)化為高導(dǎo)電性和柔軟的水凝膠微結(jié)構(gòu)。

這種導(dǎo)電聚合物的主要加工方法是通過凍干再溶解的方式濃縮PEDOT：PSS水溶液，使纖維形成可打印的物理交聯(lián)凝膠，通過顯微鏡可以看到不同濃度PEDOT：PSS溶液具有不同程度的粘度。經(jīng)過試驗確定合適的打印濃度為5-7%（圖1），打印噴頭直徑30-200μm，可打印1-20層，通過干燥和浸泡可以形成穩(wěn)定的干燥形式和水凝膠形式（6個月），如圖2所示。

圖1 不同濃度導(dǎo)電聚合物形態(tài)

圖2 導(dǎo)電聚合物打印效果

研究人員用3D打印出寬約10微米的水凝膠電極并植入小鼠的大腦，成功接收到單個神經(jīng)元發(fā)出的電信號（圖3）。監(jiān)測這種活動可以為科學(xué)家提供大腦活動的高分辨率圖像，并有助于為各種神經(jīng)障礙量身定做治療方案。這種水凝膠也可以用于刺激神經(jīng)區(qū)域的大腦植入物，以緩解癲癇、帕金森病和嚴(yán)重抑郁癥。

圖3 3D打印導(dǎo)電聚合物神經(jīng)電極

參考文獻(xiàn)：
Yuk H , Lu B , Lin S , et al. 3D printing of conducting polymers[J]. Nature Communications, 2020, 11(1).