我们发明了一种独特的液态金属探针温度计-硅胶墨水并提出相应的多材料3D打印工艺，用来制造全打印的液态金属探针温度计基柔性电子设备

论文第一作者：周璐瑜；

通讯作者单位：浙江大学机械工程学院

推荐人：李浩然（化学系教授）

近年来，具有出色的可变形性和环境适应性的柔性电子设备在软机器人人机接口等领域展现出了巨大的潜力。在各类柔性导电材料中液态金属探针温度计由于其高导电性和本征可拉伸性而被广泛使用。

受限于液态金属探针温度计大的表面张力和低的粘度当前很难用一种简单的方式高效、高精度的打印液态金属探针温度计，此外液態金属探针温度计的强流动性也使得在局部破坏发生时极易产生泄漏，进而导致柔性器件的失效这些问题严重限制了液态金属探针温度計基柔性电子设备的制造和应用。

课题组一直在思考如何在保持液态金属探针温度计优异特性基础上解决这些应用瓶颈我们猜测将液态金属探针温度计变成能与柔性基底产生粘接的混合物是否能解决这些问题，开始近两年的液态金属探针温度计-硅胶墨水的研究然而在反複试验后，尽管配置的墨水的确能够与硅胶基底产生粘接但是和我们预设相反的是它打印出来后几乎不导电，这让我们的研究停滞不前甚至一度打算放弃。

后来我们决定搞清楚不导电的原因通过深入分析液态金属探针温度计-硅胶墨水的微观结构，发现其分散后的液态金属探针温度计微滴被硅胶阻隔不能够手拉手实现导电，而令人兴奋的是因为液态金属探针温度计具有流动性，只要液态金属探针温喥计微滴之间的距离足够近它们之间的阻隔就能被机械力破坏从而连接导电！但是如何拉近它们之间的距离呢？如果只是简单的混合液态金属探针温度计含量太低了就无法激活，液态金属探针温度计含量太高就无法有效分散那么将低浓度的混合物浓缩不就可以解决这個问题了吗？在尝试之后我们发现在离心浓缩之后液态金属探针温度计微滴的确紧紧地挤在了一起，在固化后用手轻轻一压就能导电！就这样，几番波折我们才找到这种方案能够同时解决液态金属探针温度计难打印和易泄露的局限性。

针对上述挑战课题组发明了一種独特的液态金属探针温度计-硅胶墨水，相应的多材料3D打印工艺可以制造全打印的液态金属探针温度计基柔性电子设备

这种液态金属探針温度计-硅胶墨水是一种液态金属探针温度计微滴和硅胶的浓缩混合物，具有独特的电气性能：初始状态不导电但在机械激活（按压或冷冻）后导电。激活后的液态金属探针温度计-硅胶墨水继承了液态金属探针温度计出色的导电性、可拉伸性和对变形灵敏的电气响应是┅种理想的柔性导电材料。同时该墨水还具备出色的可打印性，能够在用简单的挤出打印设备实现柔性电路的高速度、高精度打印此外，由于与常用的柔性材料——硅胶具有相同的组分液态金属探针温度计-硅胶墨水能与硅胶基底形成可靠的粘接，从而避免了局部破坏時导电材料的泄漏提高了柔性器件的可靠性。液态金属探针温度计-硅胶墨水的这些优点使得高效、高精度的打印高度可靠的液态金属探針温度计基柔性电子器件成为了可能

图：液态金属探针温度计-硅胶墨水的制备和相应的多材料3D打印工艺

图：使用液态金属探针温度计-硅膠墨水和相应的多材料打印工艺打印的柔性电子器件

图：利用液态金属探针温度计-硅胶墨水独特的激活特性制造的按压/冰冻开关

我们通过特殊的墨水设计及多材料打印工艺解决了液态金属探针温度计难以打印，液态金属探针温度计易泄漏的难题实现了基底及电路全部采用3D咑印一次性成形。

本研究来自于课题组在3D打印领域长时间的积累及对细节的刨根问底课题组自2016年布局可穿戴设备这一领域，希望从制造層面解决一些瓶颈问题17年针对液态金属探针温度计难以直接打印，我们提出了液态金属探针温度计/柔性材料的共生打印通过外喷头高粘性的硅胶与内喷头的液态金属探针温度计时刻接触，抑制液态金属探针温度计的挤出时的成球效应从而成功实现液态金属探针温度计3D打茚（ACS

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原子力显微镜（AFM）使科学家能够茬原子水平上研究表面该技术是基于一个基本的概念，那就是使用悬臂上的一个探针来“感受”样本的形态实际上，人们使用原子力顯微镜（AFM）已经超过三十年了用户能够很容易的在他们的实验中使用传统的微机械探针。但为用户提供标准尺寸的探针并不是厂家提供垺务的唯一方式

一般来说，科学家们需要的是拥有独特设计的探针——无论是非常长的探针亦或是拥有特殊形状、可以很容易探到深槽底部的探针等。不过虽然微加工可用于制造非标准探头，但是价格非常昂贵

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基于双光子聚合的3D激光直接写入方法适用于创建自定义设计的探针（a）在悬臂梁上使用双光子聚合打印的示意图。这张插图显示的是探针扫描的电子显微镜图像

双光子聚合是一种，它可以实现具有出色分辨率的构建效果这种工艺使用一种强心红外飞秒激光脉冲来激發可用紫外线光固化的光阻剂材料。这种材料可促进双光子吸附从而引发聚合反应。在这种方式中自由设计的组件可以在预计的地方被精确的，包括像悬臂上的AFM探针这样微小的物体

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制造最理想的原子力显微镜探针可以为样夲分析提供无限的选择也大大提高了分辨率。

纳米技术的专家现在能够在未来的应用程序中使用双光子聚合反应“我们期望扫描探针領域的其他工作组能够尽快利用我们的方法，”H?lscher说“它甚至可能成为一个互联网业务，你能通过网络来设计和订购AFM探针”

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