從樹根到強韌電路：樹木啟發的可撓式電子印刷技術

一項受樹根系統韌性啟發的印刷技術，即將重新定義共形電子學的未來。此創新技術解決了長期以來，在不規則表面上電路的機械穩定性和解析度相關的挑戰，尤其是在智慧機器人和先進感測系統領域。

透過提升電子電路的耐用性和精密度，此新方法有望承受極端條件，像是高溫和機械應力，因而大幅拓展了共形電子學的潛在應用和可靠性。

共形電子學對智慧皮膚和機器人等應用至關重要，但長期以來一直受困於顯著的機械和熱脆弱性。傳統印刷方法常常製造出易於撕裂、破裂和遭受其他形式損壞的電路，限制了它們的效能和可靠性。

此外，使用各種材料製造高解析度電路仍是一項複雜的任務，因此需要開發創新的製造技術，以解決電子電路的機械耐用性和精密度問題。

西安交通大學的研究人員針對這些挑戰開發出了先進的解決方案。在2024年12月14日發表於《微系統與奈米工程》的一項研究中，團隊介紹了模板受限新增（TCA）印刷技術。

這項受樹根系統強度啟發的新方法，增強了電路的機械強健性，使其能承受極端條件，包括高達350°C的溫度和強烈的機械磨損。TCA技術還具備高解析度印刷能力，精密度高達300奈米，並支援多種材料，如聚偏氟乙烯-三氟乙烯（P(VDF-TrFE)）、多壁碳奈米管（MWCNTs）和銀奈米粒子（AgNPs） 。

TCA印刷技術透過將黏合劑嵌入功能材料中，徹底改變了共形電路的製造方式，形成了深度互鎖的介面，顯著增強了電路的機械完整性。這使得電路即使在極端環境條件下，仍能維持其電氣效能。

該方法還支援製造多層、自對準電路，克服了傳統印刷技術的許多限制。作為其潛力的證明，該研究成功展示了共形溫濕度感測器以及超薄能量儲存系統的製造，這些應用突顯了TCA印刷技術重塑電子學未來的巨大潛力。

該研究的共同作者兼團隊負責人邵金友博士強調了這項創新的重要性，他表示：「TCA印刷技術代表了共形電子學領域的重大飛躍。透過從大自然中汲取靈感，我們開發出了一種不僅增強了電子電路的耐用性，還實現了卓越精密度和多功能性的解決方案。這使其非常適用於從可穿戴裝置到先進機器人的廣泛應用。」

TCA印刷的影響十分廣泛。憑藉其製造耐用且高解析度共形電路的能力，這項技術有望徹底改變自動駕駛汽車等領域，在這些領域中，感測器必須承受惡劣的環境條件。在機器人領域，該技術有望提升整合到機器人皮膚和關節中的電子元件的效能和可靠性。

除此之外，TCA印刷為將電子元件整合到可穿戴裝置和智慧紡織品等日常物品中開闢了道路。其靈活性和精密度也有潛力推動航空航天和生物醫學電子學的進步，在這些領域中，耐用性和精確度都至關重要。由於這項創新技術，共形電子學的未來看起來比以往任何時候都更加光明。