中國西安交通大學的研究人員近日發表了一項共形電子學的重大突破，有效解決了長期以來機械和熱耐用性方面的挑戰。他們新開發的「模板約束增材」（Template-Constrained Additive，TCA）印刷技術，仿效樹根的強韌結構，有望顯著改善柔性電路的製造。這項研究成果已於2024年1月6日刊登在《微系統與奈米工程》（Microsystems & Nanoengineering）期刊上。

傳統的共形電子學對於智慧皮膚、機器人以及整合感測系統等應用至關重要，但一直以來都受到機械應力和極端溫度損害的限制。傳統印刷方法生產的電路容易出現撕裂、裂紋和其他形式的劣化，影響其可靠性和性能。此外，使用不同材料實現高解析度電路也一直是個挑戰。

TCA印刷技術透過將黏合劑嵌入功能材料中，形成深層的互鎖介面，顯著增強了電路的機械完整性，克服了上述障礙。這項創新技術使電路即使在惡劣條件下（例如高達350°C的溫度和強烈的機械磨損）也能保持其電氣性能。該方法還能實現高達300奈米的高精度解析度印刷，並支援多種材料，包括P(VDF-TrFE)、多壁碳奈米管(MWCNTs)和銀奈米粒子(AgNPs)。

TCA印刷的一個主要優勢是其能夠生產多層自對準電路，這解決了傳統技術的許多限制。研究人員展示了該技術的潛力，成功製造出共形溫度和濕度感測器以及超薄儲能系統。這些應用突顯了TCA印刷在推進柔性電子領域的通用性和變革潛力。

TCA印刷技術可以生產出能夠承受極端環境條件的感測器。在機器人技術中，它可以提高整合到機器人皮膚和關節中的電子元件的可靠性和性能。除了這些應用之外，TCA印刷還為將電子產品整合到日常物品中（例如穿戴裝置和智慧紡織品）開闢了新的可能性。其精確性和靈活性也為航空航天和生物醫學電子產品的進步帶來了希望，在這些領域，耐用性和準確性至關重要。