麻省理工学院突破3D打印电子产品的界限
有时创新来自于一个简单的巧合。这是麻省理工学院的研究人员在用富含铜纳米粒子的聚合物丝3D打印磁性线圈时发现的。他们观察到该材料的一个意想不到的特性：对电流有很强的抵抗力，一旦电流中断，它就会恢复到其初始状态。为什么这很重要？这一特性使得设计可以充当开关的晶体管成为可能。麻省理工学院的研究人员设定了一个新目标：开发第一个完全3D打印的固态、无半导体逻辑门，以及同样3D打印的可复位保险丝。去年七月公布的结果证实了他们的成功。
逻辑门是数字电路的基本组件。通常，这些设备依赖于半导体，通常基于硅或其他材料，其电性能可以调整。例如，硅可以被修改以创建导电或绝缘区域，使其成为制造晶体管（现代电子产品的关键部分）的理想选择。然而，值得注意的是，半导体器件并不总是容易获得，因为它们的生产需要专门的设施。COVID-19大流行也暴露了这种脆弱性，半导体制造中心的短缺导致许多电子产品的稀缺。
3D打印设备及其导热系数的可视化（图片来源：麻省理工学院）
不使用半导体制造逻辑门的可能性为本地规模的电子产品生产开辟了新的前景。尽管这个想法距离具体应用还很远，但麻省理工学院的研究人员已经通过3D打印这些逻辑门的开关迈出了关键一步。人们发现，这种制造工艺比传统的半导体生产更节能，产生的废物更少，这主要是由于使用了标准的3D打印硬件和掺铜聚合物，既便宜又可生物降解。
麻省理工学院的研究人员测试了各种用于3D打印的细丝，包括碳掺杂聚合物、碳纳米管和石墨烯，但没有任何效果。根据麻省理工学院关于他们工作的文章，“[研究人员]假设材料中存在的铜纳米粒子在电流产生的热量的作用下分散，导致电阻增加，当材料冷却时电阻再次下降铜颗粒再次聚集在一起。他们还认为，该材料的聚合物基体会随着热量从结晶转变为无定形，然后在冷却时恢复到结晶状态。
麻省理工学院微系统技术实验室(MTL)的首席研究员、描述这些设备的研究的主要作者Luis Fernando Velásquez-García指出，需要更多的研究来理解为什么铜掺杂聚合物会以这种方式发生反应。尽管该器件的功能不如硅晶体管，但它仍然能够执行简单的控制功能，例如打开和关闭电机。此外，经过4,000次测试，晶体管没有表现出退化迹象。
3D打印电子产品未来会重见天日吗？
“这项技术具有真正的优势，”Velásquez-García说。“虽然我们可能无法与硅作为半导体竞争，但我们的目标不一定是取代现有技术，而是探索3D打印的新可能性。简而言之，这确实是关于技术民主化。这使得任何人都可以制造智能设备，即使远离传统的生产中心。»
研究人员在《虚拟和物理原型》杂志上发表的文章中指出，“通过材料挤出增材制造固有的定制性和可访问性使这项技术具有潜在的革命性。”他们的研究得出的结论是：“这项工作构成了无半导体电子设备制造民主化的起点，并为创建智能和定制设备提供了直接的兴趣，即使远离传统的生产中心”。
麻省理工学院宣布，在不久的将来，研究人员计划利用这项技术来打印功能齐全的电子元件。目前，他们的目标是仅使用FDM 3D打印来设计磁电机。此外，他们希望改进工艺来创建更复杂的电路并探索这些设备的性能极限。
编译整理：3dnatives
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