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1.文章导读

随着柔性电子、能源器件等领域对绿色、高效制造需求的提升，传统基于溶液墨水的打印方法存在环境负担和效率受限等问题。近期，爱尔兰都柏林圣三一大学机械制造及生物医学工程学院的殷硕教授和Rocco Lupoi教授团队提出了一种基于脉冲激光烧蚀原位产生干气溶胶的无墨打印新方法，实现了快速、高分辨率和高通量的直接制造，在功能材料沉积厚度和速度上取得突破性进展。相关成果以“High throughput inkless printing using laser produced dry aerosols”为题，发表于SCI期刊《极端制造（英文）》，博士研究生苏威铭为第一作者。

图文解析本研究的创新之处在于提出了一种全新的无油墨打印方法——激光烧蚀干气溶胶打印(LADAP)。该方法通过脉冲激光在常温常压下直接将固体靶材转化为干气溶胶纳米颗粒，无需预制功能墨水或溶剂，结合同轴鞘气实现气溶胶束的气流动力学聚焦，从而实现高通量、高分辨率沉积（如图1所示）。

图1 LADAP免油墨打印示意图：干气溶胶纳米颗粒的激光实时原位生成与气动聚焦。实验结果表明，LADAP能够在单次打印中实现银线条宽度最低至20 µm，最厚度可达数十微米，并支持高纵横比三维结构构建，适用于多种材料与基底（如图2(a)–(e)所示）。该无油墨、快速且环境友好的打印方式，为未来电子器件和功能材料的绿色制造开辟了新路径。

图2 LADAP技术特性。(a) 微制造：打印在玻璃基板上的微型银图案及光学显微镜图像，插图为银样品横截面剖面轮廓线。(b) 多材料可打印：可打印材料靶材和样品展示，包括铜、Al₂O₃、钢和Ti6Al4V。(c)兼容多种基板材料：银图案在纸、PE、Kapton及Al₂O₃陶瓷上的打印效果。(d) 可扩展性：“TCD”字样银电路打印展示（小尺寸：14.0 × 5.5 mm；大尺寸：70.0 × 27.6 mm），展示从微型到大尺寸打印的可缩放性。(e) 高通量打印：不同脉冲频率下的银线SEM及横截面剖面，频率越高厚度越大，体现快速制备能力。本研究进一步展示了LADAP在功能器件制造中的广泛应用潜力。利用该无油墨打印技术，研究人员成功制备了大电流承载的银电路，并实现了LED带的稳定驱动（如图3(a)所示）。同时，团队开发了基于蜿蜒形银线结构的应变与温度传感器，表现出优异的热阻效应与应变灵敏度，其温度灵敏度和应变规因子均可媲美商用传感器（如图3(b)–(f)所示）。此外，研究还展示了在陶瓷基底上快速打印X波段端射偶极天线的能力，其回波损耗与辐射特性均与仿真结果高度一致（如图3(g)–(j)所示）。这些成果表明，LADAP不仅能实现高分辨率与高通量沉积，还在电子电路、传感与射频器件制造方面展现出突出的实用前景。

图3 LADAP的潜在应用。(a)银电路打印及应用示意：打印的字母形电路（“STAM”和“TCD”，总长度约85 cm）在施加额定电压时驱动LED灯带工作。(b)温度和应变传感器。(c) 温度传感性能。(d)-(f)应变传感性能。 (g)偶极天线。(h)偶极天线几何结构。(i)-(j) 偶极天线测量与模拟结果。

总结与展望该研究提出了一种简单、高效且绿色的高通量打印方法，实现了在多种基材上无溶剂沉积金属及氧化物等材料。通过原位激光生成及气动聚焦纳米颗粒气溶胶，LADAP方法可精确调控材料输运，既能打印高分辨率微形结构，又可实现高通量沉积，展现出广泛应用潜力。LADAP有望在微型电子线路、智能传感器及射频天线等领域替代传统油墨直写技术，同时通过优化气溶胶输运、拓展材料种类及提升空间分辨率，可进一步增强其实用性与可扩展性，为功能材料制造和先进器件开发提供新路径。