更精確、更快速、更便宜。世界各地的研究人員多年來一直致力于利用機器人3D打印（所謂的Robocasting）等增材制造電路，并取得了巨大成功，但現在產生了一個新的問題，使這種3D基材具有導電性的金屬顆粒正在加劇電子廢物的問題，特別是鑒于新型的一次性傳感器，其中一些只使用幾天，未來產生的廢物可能會增加。

研究人員表示，這構成了不必要的浪費。現在迫切需要能夠平衡電子性能、成本和可持續性的材料。為了開發一種環境友好型墨水，研究團隊因此設定了雄心勃勃的目標：無金屬、無毒、可生物降解。并考慮到實際應用：容易成型，對水分和適度的熱度穩定。

用碳和蟲膠

研究人員選擇了廉價的碳作為導電材料，正如他們最近報告的那樣。更確切地說：細長的石墨小板與微小的煙塵顆粒混合，在這些小板之間建立電接觸--所有這些都在一個由著名的生物材料制成的基體中：紫膠，它從鱗片昆蟲的排泄物中獲得。在過去，它被用來制作唱片；今天，它還被用作木制樂器和指甲的清漆。它的優點與研究人員所期望的情況完全相符。除此之外，它還能溶于酒精--一種廉價的溶劑，在涂抹墨水后會蒸發，從而使其變干。

盡管有這些成分，但事實證明這項任務具有挑戰性。這是因為無論是用于簡單的絲網印刷還是用于現代3D打印機，墨水都必須表現出剪切稀化行為。在靜止狀態下，墨水是粘稠的。但是在打印的時候，當它受到橫向剪切力的作用時，它就會變得更有流動性--就像不滴水的墻面漆，只有在用滾筒的力量涂抹時才會獲得更柔軟的稠度。然而，當用于增材制造，如用機械臂進行3D打印時，這就特別棘手：太粘稠的墨水會太硬--但如果它在打印過程中變得太液態，固體成分可能會分離并堵塞打印機的小噴嘴。

實際應用的測試

為了滿足這些要求，研究人員對他們的墨水配方進行了大量的修補。他們測試了兩種尺寸的石墨板塊：40微米和7至10微米的長度。石墨和炭黑的混合比例也需要有許多變化，因為過多的炭黑會使材料變脆，帶來墨水干燥時開裂的風險。通過優化配方和成分的相對組成，該團隊能夠開發出幾種可用于不同的二維和三維打印工藝的墨水變體。

最大的挑戰是實現高導電性，同時形成一個碳、石墨和蟲膠的凝膠狀網絡。該團隊通過幾個步驟調查了這種材料在實踐中的表現。例如，用一個微小的測試立方體。15個來自3D打印機的疊加網格--由直徑僅0.4毫米的細線組成。這表明，該墨水也足以滿足機器人鑄造等苛刻的工藝。

為了證明其對實際部件的適用性，研究人員特別建造了一個變形傳感器：一個印有墨水結構的薄PET條，其電阻隨著不同程度的彎曲而精確變化。此外，對拉伸強度、在水中的穩定性和其他性能的測試顯示出有希望的結果--因此研究小組相信，這種已經獲得專利的新材料可以在實踐中證明自己。"古斯塔夫-尼斯特羅姆說："我們希望這種油墨系統能夠用于可持續印刷電子的應用，例如，用于智能包裝和生物醫學設備中的導電軌道和傳感器元件，或者用于食品和環境感應領域。