新型墨水可使用圓珠筆繪制LED，大眾DIY時代到來？

印刷機的發(fā)明徹底改變了書面文字的復制方式，讓疲憊的抄寫員的雙手得到了休息，并使書面材料更容易獲取。圣路易斯華盛頓大學麥凱維工程學院也取得了類似的突破。

研究人員與電氣與系統(tǒng)工程副教授Chuan Wang合作開發(fā)了墨水筆，可以讓人們在紙張、紡織品、橡膠、塑料和3D物體等日常材料上手寫柔性、可拉伸的光電設備。用于發(fā)射和檢測光的柔性光電器件已經(jīng)存在于智能手機和健身追蹤器等日常用品中，它們具有彎曲、折疊等特性。

該團隊近期發(fā)表在《自然光子學》的一篇論文中，報告了他們簡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)或光電探測器，而不需要任何專門的培訓或笨重的設備。新的手持式制造技術建立在研究人員早期工作的基礎上，他們展示了一種用簡單的噴墨打印機制造可拉伸LED的新方法。

研究人員表示，手寫自定義設備是繼打印機之后的下一步。我們已經(jīng)有了墨水，所以采用我們已經(jīng)開發(fā)的技術并對其進行修改，使其在普通圓珠筆中使用，這是一個自然的轉變，因為在普通圓珠筆上，所有人都可以買到便宜的墨水。

該團隊采用環(huán)保、創(chuàng)新的手寫方法，使個人能夠在短短幾分鐘內(nèi)創(chuàng)建多色LED和光電探測器。該技術利用圓珠筆的簡單性，填充由導電聚合物、金屬納米線和稱為鈣鈦礦的晶體材料制成的專門設計的墨水，以產(chǎn)生寬光譜的發(fā)射顏色。通過用這些功能性墨水逐層書寫，就像使用彩色筆一樣，可以廉價、輕松、快速地創(chuàng)建各種功能設備，包括智能包裝等一次性電子產(chǎn)品和生物醫(yī)學傳感器等個性化可穿戴設備。

盡管該團隊已經(jīng)開發(fā)出了可打印墨水，但將其轉化為可在日常材料上手寫的標準圓珠筆，需要進行一些調(diào)整以控制潤濕性并提高可寫性。最重要的是，必須確保墨水可以應用于多孔和纖維基材，包括紙張和紡織品，而無需流淌或混合。除了避免污跡設計帶來的審美失望之外，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：“從打印機到圓珠筆的轉換可能看起來很簡單，但實際上比僅僅加載墨水要棘手一些。我們的墨水經(jīng)過特殊配制，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。該設備的每一層都被設計為具有固有彈性，因此能夠承受變形，并且可以彎曲、拉伸和扭曲，而不會影響設備性能。例如，畫在手套上的LED可以承受反復握拳和松開拳頭造成的變形，畫在橡膠氣球上的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氣球的所有基板上工作，它克服了傳統(tǒng)LED制造的關鍵限制，特別是對平坦、光滑基板和成本高昂的潔凈室制造設備的要求，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了大門。

研究人員預計手寫電子產(chǎn)品的未來應用將僅受用戶想象力的限制。直接用途包括從教育目的和科學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：“廉價、可定制的LED為實踐教育、發(fā)光服裝或賀卡等更生動的紡織品以及智能包裝提供了機會。我們真正感興趣的一個領域是醫(yī)療應用。手寫光發(fā)射器和探測器在創(chuàng)建可穿戴生物醫(yī)學傳感器和繃帶時提供了更多針對特定患者的靈活性，這些傳感器和繃帶可以在其上繪制光電探測器和紅外LED，用于測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、可拉伸的電子設備成為日常生活的一部分。

這項研究于8月7日發(fā)表在《自然光子學》上。