通过3D打印将柔软的导电材料塑造成优先的构筑单元，在从触觉设备到生物电子学的众多应用中都具有极大的吸引力。典型的软性和导电材料是水凝胶/离子凝胶。然而，3D打印水凝胶/离子凝胶仍然存在一个根本的瓶颈：由于水凝胶/离子凝胶内液体的蒸发和泄漏，导致其电-机械性能的稳定性有限。虽然光固化无液体离子导电弹性体可以绕过这些限制，但相关的光固化过程比较繁琐，因此打印质量相对较差。

基于此，香港城市大学王钻开教授报道了提出了一种简单可行的策略，通过开发一种快速光固化的固态导电离子弹性体（SCIE），能够实现具有从微电路到悬垂晶格的任意结构的软离子导体的高分辨率3D打印。

文章要点

1）研究人员通过对离子单体、光引发剂、交联剂、纳米填料和光吸收剂的合理选择，设计了3D可打印的SCIE。首先，由丙烯酸（AAC）和氯化胆碱（CCL）络合物制成的离子单体是一种固态离子骨架，不需要像传统离子导电材料那样需要液体和额外的导电添加剂(如无机盐和离子液体)，就能提供优异的导电性。其次，选择了苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧膦（PPO）作为高效光引发剂来引发SCIE的快速聚合。第三，我们选择聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）作为交联剂，共价连接离子型单体，形成弹性固态聚合物骨架。同时，由于存在丰富的非共价相互作用位点，纳米粘土被用作非共价交联，以进一步改善SCIE的力学性能。最后，采用苏丹I作为光吸收剂，诱导了SCIE的聚合，缓解了聚合引起的局部高温，有利于实现高分辨率的3D打印。

2）与传统的打印的离子导电材料不同，基于SCIE的印刷构建块不仅具有高分辨率的结构（甚至50 µm悬垂晶格），而且还具有许多令人兴奋的性能，如高杨氏模量、良好的伸长性、在广泛的温度范围内优异且持续的导电性，以及即使在80%压缩下循环10000次也具有良好的弹性和抗疲劳能力。

3）研究人员进一步发现，打印的基于SCIE的构筑单元可以被塑造成具有增强传感性能的3D柔性触觉传感器。例如，基于印刷陀螺仪的压阻传感器和基于间隙的触觉传感器的灵敏度分别比它们笨重的同类产品高3.7倍和44倍。同时，触觉传感器的最佳灵敏度也比基于离子导电水凝胶/弹性体的传感器高出数倍。此外，3D打印呈现的多种多样的拓扑结构与高导电性和亲水性等固有特性的耦合使SCIE具有许多潜在的应用，包括机械超材料、细胞流体和软机器人。

参考文献

Chao Zhang, et al, 3D printed, solid-state conductive ionoelastomer as a generic building block for tactile applications, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202105996

https://doi.org/10.1002/adma.202105996