南科大Nature子刊: 3D打印技术实现柔性电致发光器件与软体机器人集成一体化

导读

柔性和可拉伸的电致发光电子技术的出现使无数应用领域的技术进步成为可能，例如信息加密、智能电子皮肤、软机器人和光通信。然而，传统丝网印刷、纳米转印等技术在柔性电致发光器件开发上仍然面临着步骤多、耗时久、成本高、一体化制造难等挑战。

成果掠影

南方科技大学刘吉（通讯作者）等人在Nature Communications上发表文章，题为“Integrated 3D printing of flexible electroluminescent devices and soft robots”。 作者报道了一种基于墨水直写（DIW）的3D打印技术，用于一体化设计和制造新型柔性电致发光器件和软体机器人，实现柔性发光器件的全打印制造。3D可打印离子导电、电致发光和绝缘介质油墨的开发，使轻便和按需创建灵活和可拉伸的电致发光器件具有良好的保真度。与多层电致发光器件具有良好的界面粘附性，使3D打印器件具有良好的电致发光性能。作者将3D打印电致发光器件与软体四足机器人和传感单元集成在一起，制造了一种可以通过显示匹配的颜色瞬间自适应环境的人工伪装，为下一代智能机器人提供了新的设计思路。

核心创新点：

1. 开发了一系列针对DIW 3D打印柔性发光器件的墨水，通过3D打印构建了共价键交联的强韧界面，确保打印器件在反复拉伸弯曲扭转变形时仍能稳定发光.
2. 通过3D打印技术将柔性发光单元以及光传感单元集成在软体机器人上，构建人工智能伪装系统。
3. 通过设计多彩发光单元及相应的逻辑回路，可实现彩色实时伪装。

数据概览

图1. 3D打印柔性电致发光器件与自适应软机器人集成制造示意图©2022 The Authors

a. 柔性电致发光器件的多材料墨水直写的示意图

b. 电致发光软机器人的原理图

图2. 多材料3D打印柔性可拉伸电致发光器件©2022 The Authors

a. 用于制造电致发光器件的多材料印刷工艺示意图

b. 机械变形下的3D电致发光器件图像

c, d. 剪切存储模，表观粘度

e. ELE图案的高保真电致发光打印图像

f. 物理参数汇总

g. 图案的亮度强度与每层施加的电压的关系图

h. 图案的亮度与每层施加的电压的关系图

图3. 集成发光机器人伪装及逻辑电路控制示意图©2022 The Authors

a. 用于制造电致发光器件的多材料DIW工艺示意图

b-d. 多层结构的SEM图像

e. 模拟3D电致发光器件(上)和物理层压样品(下)内的位移分布

f. CAD模型和具有多色电致发光元件的3D电致发光器件的图像

g. 3D柔性电致发光腕带的图像

图4. 集成软体机器人自适应多彩环境光变化©2022 The Authors

a. 图解说明电致发光机器人的颜色匹配策略

b. 机器人的控制逻辑

c. 机器人的瞬时变色能力

图5. 应力和变形的重新定向©2022 The Authors

a. 自适应颜色匹配电致发光显示示意图

b. 电致发光集成显示响应背景光变化的瞬时颜色变化

c. 图解说明受变色龙启发的机器人背景匹配策略

d. 响应背景光变化的瞬时颜色变化

成果启示

展望未来，本文提出的多材料3D打印策略在电致发光器件制造中提供了快速原型设计和可定制性的优势。通过本文提出的3D打印策略，复杂的电致发光设备可以为特定应用定制，为下一代完全柔和的发光设备、智能显示器和伪装系统开辟了新途径。

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

本文由纳米小白供稿

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