研究人员开发出光固化3D打印导电聚合物新材料，为光电器件制造开辟新可能
2025年11月17日，来自斯图加特大学的研究人员开发出一种新型“墨水”，可利用光固化工艺3D打印电化学可切换导电聚合物。海德堡大学和斯图加特大学的研究人员成功地使所谓的氧化还原聚合物适用于数字光处理增材制造。通过这种方式创建的复杂二维和三维结构可以通过电化学方法进行操控，从而改变颜色，为3D打印光电器件的制造开辟了新的前景。
△利用数字光处理技术制造电致变色结构的概念图（左）；在光谱电化学实验中的应用（右）。图片来源：斯图加特大学。
研究成果以题为“3D Digital Light Processing ofRedox-Active Polymers for Electrochemical Applications”的论文发表在《先进功能材料》杂志上。
伊娃·布拉斯科教授说道：“尽管这项技术已成功应用于牙科等领域，但迄今为止，用于光电子器件的导电聚合物的DLP打印仍然面临挑战。”这位研究员和他在海德堡大学分子系统工程与先进材料研究所的团队正在研究用于3D打印的独特功能材料。本项目与斯图加特大学高分子化学研究所的萨宾·路德维希斯教授及其团队密切合作完成，后者是导电聚合物和电化学开关领域的专家。
△本工作中使用的工作流程示意图，从左到右：a) 使用不同的光交联单元设计包含咔唑部分的可打印油墨配方；b) 将油墨配方 DLP 3D 打印到 ITO 基板上；c)在三电极电化学池中对 ITO 上打印的材料进行原位光谱电化学分析；d) 打印的 Cbz 聚合物样品在不可逆电化学二聚化为 BCbz 后以及电化学交联薄膜的可逆电化学氧化和还原过程中的氧化还原行为的简化一般表示(BCbz → BCbz+● → BCbz2+ )。
这两个研究团队开发了一种新型的甲基丙烯酸酯基“墨水”，其中含有氧化还原活性咔唑基团。这些氧化还原单元使此类材料能够在聚合物链中供体或受体电子，从而具有导电性，并能根据氧化还原状态改变颜色。在他们目前的研究中，研究人员利用这种光导墨水配方制造出即使在打印后仍可通过电化学方法进行操控的结构，性质依然可切换。
“这项研究得以开展，得益于我们在海德堡和斯图加特的实验室之间密切的跨学科合作，”克里斯蒂安·德拉维尔和斯文娅·贝希托尔德说道，他们两人都在研究培训小组内攻读博士学位。
利用这种含咔唑的油墨配方，可以直接增材制造二维像素阵列、棋盘格图案以及多层三维金字塔。这些复杂的结构最初几乎透明，经电化学刺激后先呈现浅绿色，然后变为深绿色，最终几乎变为黑色。
萨宾·路德维希斯说道：“这个过程是完全可逆的，并且可以根据结构精确控制到像素级别。尤其令人兴奋的是，它能够控制三维空间，也就是结构的高度。”布拉斯科教授和路德维希斯教授认为，将高分辨率光固化3D打印技术与氧化还原聚合物相结合，为像素显示器或软体机器人用致动器的增材制造开辟了新的可能性，这些器件的体积可以通过电化学方式进行切换。
德国研究基金会（DFG）资助了位于海德堡大学和斯图加特大学的“混合离子-电子输运”研究培训小组（RTG 2948）。本文来自 Jiasou Tideflow - AI GEO自动化SEO营销系统创作
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