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新型墨水可使用圓珠筆繪制LED，大眾DIY時(shí)代到來(lái)？
印刷機(jī)的發(fā)明徹底改變了書(shū)面文字的復(fù)制方式，讓疲憊的抄寫(xiě)員的雙手得到了休息，并使書(shū)面材料更容易獲取。圣路易斯華盛頓大學(xué)麥凱維工程學(xué)院也取得了類(lèi)似的突破。
研究人員與電氣與系統(tǒng)工程副教授Chuan Wang合作開(kāi)發(fā)了墨水筆，可以讓人們?cè)诩垙?、紡織品、橡膠、塑料和3D物體等日常材料上手寫(xiě)柔性、可拉伸的光電設(shè)備。用于發(fā)射和檢測(cè)光的柔性光電器件已經(jīng)存在于智能手機(jī)和健身追蹤器等日常用品中，它們具有彎曲、折疊等特性。
該團(tuán)隊(duì)近期發(fā)表在《自然光子學(xué)》的一篇論文中，報(bào)告了他們簡(jiǎn)單而多功能的制造方法，允許任何人制造定制發(fā)光二極管(LED)或光電探測(cè)器，而不需要任何專(zhuān)門(mén)的培訓(xùn)或笨重的設(shè)備。新的手持式制造技術(shù)建立在研究人員早期工作的基礎(chǔ)上，他們展示了一種用簡(jiǎn)單的噴墨打印機(jī)制造可拉伸LED的新方法。
研究人員表示，手寫(xiě)自定義設(shè)備是繼打印機(jī)之后的下一步。我們已經(jīng)有了墨水，所以采用我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)并對(duì)其進(jìn)行修改，使其在普通圓珠筆中使用，這是一個(gè)自然的轉(zhuǎn)變，因?yàn)樵谄胀▓A珠筆上，所有人都可以買(mǎi)到便宜的墨水。
該團(tuán)隊(duì)采用環(huán)保、創(chuàng)新的手寫(xiě)方法，使個(gè)人能夠在短短幾分鐘內(nèi)創(chuàng)建多色LED和光電探測(cè)器。該技術(shù)利用圓珠筆的簡(jiǎn)單性，填充由導(dǎo)電聚合物、金屬納米線(xiàn)和稱(chēng)為鈣鈦礦的晶體材料制成的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的墨水，以產(chǎn)生寬光譜的發(fā)射顏色。通過(guò)用這些功能性墨水逐層書(shū)寫(xiě)，就像使用彩色筆一樣，可以廉價(jià)、輕松、快速地創(chuàng)建各種功能設(shè)備，包括智能包裝等一次性電子產(chǎn)品和生物醫(yī)學(xué)傳感器等個(gè)性化可穿戴設(shè)備。
盡管該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了可打印墨水，但將其轉(zhuǎn)化為可在日常材料上手寫(xiě)的標(biāo)準(zhǔn)圓珠筆，需要進(jìn)行一些調(diào)整以控制潤(rùn)濕性并提高可寫(xiě)性。最重要的是，必須確保墨水可以應(yīng)用于多孔和纖維基材，包括紙張和紡織品，而無(wú)需流淌或混合。除了避免污跡設(shè)計(jì)帶來(lái)的審美失望之外，各層還必須保持離散，以確保光電器件的功能性、高性能。
研究人員說(shuō)：“從打印機(jī)到圓珠筆的轉(zhuǎn)換可能看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但實(shí)際上比僅僅加載墨水要棘手一些。我們的墨水經(jīng)過(guò)特殊配制，因此筆是通用的，這意味著它們幾乎可以在所有基材上使用。該設(shè)備的每一層都被設(shè)計(jì)為具有固有彈性，因此能夠承受變形，并且可以彎曲、拉伸和扭曲，而不會(huì)影響設(shè)備性能。例如，畫(huà)在手套上的LED可以承受反復(fù)握拳和松開(kāi)拳頭造成的變形，畫(huà)在橡膠氣球上的LED可以承受一次又一次的膨脹-緊縮循環(huán)。”
墨水筆可以在從紙張到派對(duì)氣球的所有基板上工作，它克服了傳統(tǒng)LED制造的關(guān)鍵限制，特別是對(duì)平坦、光滑基板和成本高昂的潔凈室制造設(shè)備的要求，并為下一代可穿戴電子產(chǎn)品以前所未有的方式滲透日常生活打開(kāi)了大門(mén)。
研究人員預(yù)計(jì)手寫(xiě)電子產(chǎn)品的未來(lái)應(yīng)用將僅受用戶(hù)想象力的限制。直接用途包括從教育目的和科學(xué)普及到電子包裝和服裝，再到醫(yī)療傳感器和繃帶。
研究人員說(shuō)：“廉價(jià)、可定制的LED為實(shí)踐教育、發(fā)光服裝或賀卡等更生動(dòng)的紡織品以及智能包裝提供了機(jī)會(huì)。我們真正感興趣的一個(gè)領(lǐng)域是醫(yī)療應(yīng)用。手寫(xiě)光發(fā)射器和探測(cè)器在創(chuàng)建可穿戴生物醫(yī)學(xué)傳感器和繃帶時(shí)提供了更多針對(duì)特定患者的靈活性，這些傳感器和繃帶可以在其上繪制光電探測(cè)器和紅外LED，用于測(cè)量脈搏血氧飽和度或加速傷口愈合。”
研究人員表示，這種方法的方便性和靈活性可以使電子制造民主化，使定制的、可拉伸的電子設(shè)備成為日常生活的一部分。
這項(xiàng)研究于8月7日發(fā)表在《自然光子學(xué)》上。
