基于直接墨水书写的复杂形貌四足氧化锌/碳纳米管网络材料印刷柔性紫外传感器研究

本研究通过直接墨水书写(DIW)技术，将复杂形貌四足氧化锌(t-ZnO)颗粒与碳纳米管复合，开发出具有0.29±0.01 μA/(W/cm2)紫外响应度和>500开关电流比(Ion/Ioff)的柔性紫外传感器，突破传统微电子制造二维拓扑限制，为可穿戴设备提供新型解决方案。

　　

在微电子制造领域，传统光刻技术长期面临材料选择受限、工艺复杂且成本高昂的挑战。尤其对于需要特殊形貌功能材料的应用场景，如可穿戴设备中的环境传感器，现有技术难以实现三维复杂结构的精确控制。紫外(UV)检测作为环境监测的重要指标，其传感器件亟需突破刚性基板和平面结构的限制。

研究人员创新性地采用直接墨水书写(DIW)技术，将具有独特四足结构的氧化锌(t-ZnO)微米颗粒与导电碳纳米管复合，通过聚合物溶液打印构建三维传感网络。这种工艺摒弃了传统半导体制造中的光刻和蚀刻步骤，利用t-ZnO颗粒的固有形貌特性，仅需简单打印即可形成功能结构。后续激光铣削工艺精确去除表层聚合物，暴露半嵌入的t-ZnO颗粒，形成有效的紫外敏感界面。

关键技术包括：1) t-ZnO/碳纳米管复合墨水的配制与优化；2) DIW打印参数调控实现三维网络构建；3) 激光铣削工艺精确控制敏感层暴露程度。最终获得的柔性传感器在10秒测试周期内展现0.29±0.01 μA/(W/cm²)的响应度和超过500的开关电流比，弯曲半径达5mm时性能保持稳定，经1000次机械循环后仍维持功能完整性。

研究结果部分：

1. 材料设计与表征：t-ZnO的四足结构提供自支撑网络框架，碳纳米管增强电荷传输能力，二者协同作用实现高灵敏度检测。

2. 打印工艺优化：通过粘度调控实现90°悬空结构的稳定打印，突破传统电子制造的空间限制。

3. 性能测试：传感器在UVA波段(315-400nm)表现出优异的选择性响应，响应时间<2秒。

4. 机械稳定性：在1000次弯曲循环后，I_on/I_off比仅下降7.3%，证实其穿戴适用性。

该研究的意义在于：首次实现复杂形貌功能材料的直接印刷成型，为柔性电子提供新的材料体系选择；开发的激光后处理工艺有效解决印刷电子界面接触问题；所获传感器可贴合任意曲面，推动环境监测设备向轻量化、个性化方向发展。发表于《Applied Materials Today》的这项成果，标志着增材制造技术在功能电子器件领域取得重要突破。