柔性電子作為一種新興的電子技術(shù)，以其*的柔性/延展性（彎曲、折疊、扭轉、壓縮或拉伸）和高靈敏特性，在信息、醫療等領(lǐng)域具有廣泛應用前景，如電子皮膚、柔性屏、腦機接口等。水凝膠材料以其獨.有的特性（柔性、導電性、高拉伸性）在柔性電子領(lǐng)域被廣泛研究和使用。采用諸如光學(xué)光刻、微接觸印刷等微納制造技術(shù)可實(shí)現圖案化水凝膠柔性電子器件的制造，但是上述技術(shù)加工步驟復雜、加工成本高、幅面較小，難以實(shí)現復雜三維結構信號強化效應。微納3D打印技術(shù)很好地平衡制造成本、加工精度和幅面的問(wèn)題，可快速制造并成型任意形狀和定制設計的水凝膠跨尺度結構，而且，對水凝膠進(jìn)行圖案化設計可進(jìn)一步提高柔性電子器件的靈敏性；同時(shí)通過(guò)對水凝膠的性能諸如自粘附、導電、抗凍等性能的優(yōu)化，可拓展水凝膠柔性電子的應用范圍，如自粘附電子、極.端溫度環(huán)境工作的柔性器件等。

近日，湖南大學(xué)王兆龍、段輝高教授與上海交通大學(xué)鄭平院士合作，基于面投影微立體光刻技術(shù)，采用摩方精密（BMF）超高精度光固化3D打印機nanoArch S/P140，通過(guò)引入粘附性的光固化單體及材料配比優(yōu)化，設計了水凝膠諸如強粘附性、導電性和抗凍性等性能。通過(guò)水凝膠的結構設計提高運動(dòng)信號監測的應變靈敏度，實(shí)現寬范圍的運動(dòng)信號傳感。作者設計3D打印水凝膠柔性電極采集人體的肌電信號，將水凝膠柔性電極采集的肌電信號作為用戶(hù)界面控制機械手的同步運動(dòng)，以準確的完成彈奏不同音符的動(dòng)作，甚至可以控制-80℃低溫環(huán)境下機械手的運動(dòng)。該工作引入微尺度3D打印技術(shù)使得復雜3D結構多功能柔性電子和復雜人機接口的快速制造成為可能。文章以“3D printed super-anti-freezing self-adhesive human-machine interface"為題發(fā)表在Materials Today Physics上。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金、湖南省優(yōu)秀青年基金、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計劃，長(cháng)沙市科技局等基金支持。

圖1 面投影微立體光刻技術(shù)（摩方精密，nanoArch S/P140）原理及水凝膠材料設計，利用共價(jià)鍵交聯(lián)和氫鍵網(wǎng)絡(luò )結合優(yōu)化水凝膠性能

圖2 3D打印水凝膠諸如超拉伸、強粘附、抗凍等性能設計

圖3 基于面投影微立體光刻技術(shù)加工跨尺度結構的水凝膠制備高靈敏度的應變傳感器，用于監測寬范圍的人體運動(dòng)信號

圖4 基于面投影微立體光刻技術(shù)加工水凝膠用于肌電信號的采集，將采集的肌電信號作為人機接口控制機械手的同步運動(dòng)，以完成彈奏不同音符、甚至低溫環(huán)境的動(dòng)作控制