用于3D打印的高性能導電聚合物

供稿人:郝志巖、王玲
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　

導電聚合物在儲能、柔性電子和生物電子等各方面的應用是很有前景的材料。然而，導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電聚合物的發(fā)展和廣泛應用。美國麻省理工學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）的高性能可打印導電聚合物墨水。非常優(yōu)秀的打印性能可以使導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)實現(xiàn)與其它材料（例如絕緣彈性體）的混合打印。3D打印的導電聚合物也可以轉(zhuǎn)化為高導電性和柔軟的水凝膠微結(jié)構(gòu)。

這種導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 不同濃度導電聚合物形態(tài)

圖2 導電聚合物打印效果

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、帕金森病和嚴重抑郁癥。

圖3 3D打印導電聚合物神經(jīng)電極

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