油墨中的稳定剂残留会抑制 3D 打印电子产品的导电性吗？

诺丁汉大学的研究人员透露，3D 打印材料-油墨中的稳定剂残留物会抑制3D 打印电子设备的导电性。虽然以前认为通过印刷设备降低垂直电导率的主要原因是组成纳米颗粒（在非常小的微米和纳米级）界面处的形状和物理连续性问题，但本研究表明并非如此。相反，使用银纳米粒子，诺丁汉的研究人员能够证明垂直电导率的降低实际上是由墨水中的有机化学残留物引起的。 

用于印刷电子产品的最常用的导电材料类型之一是含有金属纳米颗粒的墨水。通过喷墨通过多层金属纳米粒子材料，用户能够实现传感器、太阳能电池板、LED 显示器、晶体管和智能纺织品等功能性电子设备的前所未有的设计灵活性、快速处理和 3D 打印。通常，金属的喷墨 3D 打印将通过首先在打印时蒸发溶剂（在这种情况下也称为钉扎）然后烧结（即纳米粒子的低温固结）来形成固体打印对象。这第二阶段特别重要，因为在许多应用中，纳米粒子与其他对高温敏感的功能/结构有机材料共同印刷，因此低温至关重要。 

（左）含有金属纳米颗粒的油墨的数字喷墨印刷，原位溶剂蒸发（钉扎）。（右）银纳米颗粒印刷层的光学和化学图像，显示表面有有机残留物。

然而，在称为功能各向异性的效应中，通过喷墨印刷金属纳米颗粒产生的层在水平和垂直方向之间具有不同的导电性。对于 3D 打印功能性电子设备而言，这是一个长期存在的问题，并且阻碍了该技术用于高级应用。作为该研究的主要作者，CfAM 研究员 Gustavo Trindade 博士解释说：“众所周知，喷墨打印的金属纳米颗粒的导电性取决于加工温度，并且先前已被归因于簇状纳米颗粒的形状和孔隙率的变化，其中有机残留物的作用只是推测。”这些残留物被添加到墨水中以稳定纳米材料，但最终也会形成低导电、非常薄的纳米层，这会干扰打印样品在垂直方向上的导电性。

该团队相信，通过更清楚地了解残留有机添加剂如何分布在打印层中，他们将能够继续定义新技术并开发新的墨水配方，以克服基于喷墨的 3D 打印电子产品的功能各向异性。Trindade 博士总结道，“这一新见解有助于开发克服基于喷墨的纳米粒子的功能各向异性的途径，因此将提高这种潜在转型技术的采用率，使其与传统制造相比具有竞争力。我们的方法可以转移到其他基于纳米材料的墨水，包括那些含有石墨烯和功能化纳米晶体的墨水，并将促进 2D 和 3D 打印电子产品的开发和利用，如柔性和可穿戴传感器、太阳能电池板、LED 显示器、晶体管和智能纺织品。”

研究中使用的封装应变传感器的多材料喷墨 3D 打印原型。