南科大Nature子刊: 3D打印技術實現柔性電致發光器件與軟體機器人集成一體化

導讀

柔性和可拉伸的電致發光電子技術的出現使無數應用領域的技術進步成為可能，例如信息加密、智能電子皮膚、軟機器人和光通信。然而，傳統絲網印刷、納米轉印等技術在柔性電致發光器件開發上仍然面臨著步驟多、耗時久、成本高、一體化制造難等挑戰。

成果掠影

南方科技大學劉吉（通訊作者）等人在Nature Communications上發表文章，題為“Integrated 3D printing of flexible electroluminescent devices and soft robots”。 作者報道了一種基于墨水直寫（DIW）的3D打印技術，用于一體化設計和制造新型柔性電致發光器件和軟體機器人，實現柔性發光器件的全打印制造。3D可打印離子導電、電致發光和絕緣介質油墨的開發，使輕便和按需創建靈活和可拉伸的電致發光器件具有良好的保真度。與多層電致發光器件具有良好的界面粘附性，使3D打印器件具有良好的電致發光性能。作者將3D打印電致發光器件與軟體四足機器人和傳感單元集成在一起，制造了一種可以通過顯示匹配的顏色瞬間自適應環境的人工偽裝，為下一代智能機器人提供了新的設計思路。

核心創新點：

1. 開發了一系列針對DIW 3D打印柔性發光器件的墨水，通過3D打印構建了共價鍵交聯的強韌界面，確保打印器件在反復拉伸彎曲扭轉變形時仍能穩定發光.
2. 通過3D打印技術將柔性發光單元以及光傳感單元集成在軟體機器人上，構建人工智能偽裝系統。
3. 通過設計多彩發光單元及相應的邏輯回路，可實現彩色實時偽裝。

數據概覽

圖1. 3D打印柔性電致發光器件與自適應軟機器人集成制造示意圖?2022 The Authors

a.?柔性電致發光器件的多材料墨水直寫的示意圖

b.?電致發光軟機器人的原理圖

圖2. 多材料3D打印柔性可拉伸電致發光器件?2022 The Authors

a.?用于制造電致發光器件的多材料印刷工藝示意圖

b.?機械變形下的3D電致發光器件圖像

c, d.?剪切存儲模，表觀粘度

e. ELE圖案的高保真電致發光打印圖像

f.?物理參數匯總

g.?圖案的亮度強度與每層施加的電壓的關系圖

h.?圖案的亮度與每層施加的電壓的關系圖

圖3. 集成發光機器人偽裝及邏輯電路控制示意圖?2022 The Authors

a.?用于制造電致發光器件的多材料DIW工藝示意圖

b-d.?多層結構的SEM圖像

e.?模擬3D電致發光器件(上)和物理層壓樣品(下)內的位移分布

f.?CAD模型和具有多色電致發光元件的3D電致發光器件的圖像

g.?3D柔性電致發光腕帶的圖像

圖4. 集成軟體機器人自適應多彩環境光變化?2022 The Authors

a.?圖解說明電致發光機器人的顏色匹配策略

b.?機器人的控制邏輯

c.?機器人的瞬時變色能力

圖5. 應力和變形的重新定向?2022 The Authors

a.?自適應顏色匹配電致發光顯示示意圖

b.?電致發光集成顯示響應背景光變化的瞬時顏色變化

c.?圖解說明受變色龍啟發的機器人背景匹配策略

d. 響應背景光變化的瞬時顏色變化

成果啟示

展望未來，本文提出的多材料3D打印策略在電致發光器件制造中提供了快速原型設計和可定制性的優勢。通過本文提出的3D打印策略，復雜的電致發光設備可以為特定應用定制，為下一代完全柔和的發光設備、智能顯示器和偽裝系統開辟了新途徑。

文獻鏈接：Integrated 3D printing of flexible electroluminescent devices and soft robots. 2022, Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-022-32126-1.

本文由納米小白供稿

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