隨著數字健康技術的飛速發展，三維曲面電子器件在健康監測、柔性機器人等領域的應用前景日益廣闊。然而，傳統制造方法受限于基底或掩模依賴，難以滿足高分辨率、無基底、共形附著的三維曲面電子器件需求。北京科技大學研究團隊近期在《Small》期刊發表的論文，提出了一種名為"無掩模直接書寫轉移"(DW&T)的技術，為解決這一行業瓶頸提供了新思路。

DW&T技術的核心創新在于突破了傳統制造的限制。該技術通過臨時基底打印與溶液調控轉移，實現了無基底導電圖案的精準制備。具體工作流程包含四個關鍵步驟：首先，在室溫環境下，通過直接書寫含納米銀線(AgNWs)的水性墨水，在平面聚四氟乙烯(PTFE)基底上打印AgNWs圖案；其次，用氯化鈣(CaCl?)溶液處理圖案，同時實現海藻酸鈉聚合物鏈的交聯與AgNWs網絡的毛細管焊接；第三，潤濕三維目標物體表面，將帶有圖案的PTFE薄膜共形附著于其上；最后，將圖案轉移至三維曲面，并去除空白PTFE基底。

這項技術的真正突破在于其可回收性。研究顯示，轉移后的圖案可通過浸泡水、用聚PTFE薄膜拾取，再重復上述步驟(3)和(4)，實現多次重復使用。圖2f-h的數據表明，AgNWs圖案在5次回收循環中電阻變化保持穩定，浸泡數分鐘水不會對AgNWs圖案的電導率產生不良影響。這種可回收特性大大降低了電子皮膚的使用成本，為大規模應用鋪平了道路。

圖1.（a）DW&T打印與回收工藝的示意圖。（b）將AgNWs電極的條紋圖案，具有確定的線寬（W≈50μm）和可調節間距（20–50μm）印在PTFE表面，然后（c）轉印到玻璃瓶表面。

在技術性能方面，DW&T技術展現出了令人印象深刻的指標。通過精準控制制備步驟，研究團隊成功在任意三維曲面上制備了線寬低至50μm、間距小至20μm的納米銀線圖案，且轉移后的圖案無缺陷、無損傷，完整保留了直接書寫打印圖案的所有結構特征。這在現有技術中是難以實現的。

圖2.（a）聚酰亞胺（PI）基底上AgNWs圖案的電阻隨彎曲半徑的變化。（b）聚酰亞胺（PI）基底上AgNWs圖案在10,000次彎曲循環測試中的電阻變化。（c）不同幾何構型的AgNWs圖案在拉伸應變下的電阻變化。（d）具有表面褶皺的蛇形AgNWs圖案的典型掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。（e）AgNWs圖案在15%拉伸應變下經10000次循環拉伸-釋放測試的電阻變化。（f）AgNWs圖案作為可穿戴電子器件的回收利用示意圖。（g）AgNWs圖案在5次回收循環中的電阻變化。（h）AgNWs圖案的電阻隨水中浸泡時間的變化。

機械穩定性測試進一步驗證了該技術的實用性。在聚酰亞胺基底上打印的線寬150μm納米銀線圖案，在1mm-10mm寬范圍的彎曲半徑內進行凹凸彎曲測試時，電阻幾乎無變化。更令人印象深刻的是，該電極在15%拉伸應變下經10,000次循環拉伸-釋放測試后，電阻變化可忽略不計，極大滿足了表皮電子設備對拉伸性的嚴苛要求。

圖3.（a）無基底AgNWs圖案電子皮膚（e-skin），打印于人體多個部位，用于無線采集電生理信號。（b）新鮮制備的電子皮膚與商用新鮮凝膠電極在濕潤皮膚表面的界面阻抗對比。（c）在（b）中同一電子皮膚與凝膠電極在空氣中暴露7天后，于干燥皮膚表面的界面阻抗。（d）前臂皮膚上的透明無基底圓形納米銀線網格電極，用于采集不同手勢產生的肌電信號（EMG）：i)皮膚表面銀納米線電極的光學圖像；ii)干燥皮膚、iii)濕潤皮膚下，電子皮膚與商用凝膠電極采集的肌電信號；iv)電子皮膚測量的肌電電位隨握力的變化關系。

在實際應用測試中，該技術開發的電子皮膚表現出色。如圖3所示，無論是在濕潤皮膚表面還是長時間暴露在空氣中，電子皮膚都能與人類皮膚保持在20-1000Hz頻率范圍內的穩定界面阻抗。與商業凝膠電極相比，該電子皮膚能產生高質量肌電圖信號，甚至可以檢測手部握持不同力度時肌肉收縮產生的特征肌電信號。圖3d展示了透明無基底圓形納米銀線網格電極在前臂采集不同手勢產生的肌電信號，清晰展示了其在實際應用中的潛力。

DW&T技術的創新價值不僅在于性能指標的提升，更在于其制造流程的簡化和成本的降低。傳統曲面電子器件制造往往需要復雜的掩模和基底處理，而DW&T技術通過無掩模直接書寫，大幅簡化了制造流程，降低了成本。同時，其可回收特性進一步降低了使用成本，使得高性能表皮電子器件有望實現規?；瘧谩?

從技術原理角度看，DW&T方法的創新點在于巧妙利用了毛細管焊接原理。CaCl?溶液處理同時實現海藻酸鈉聚合物鏈交聯與AgNWs網絡焊接，這種雙重作用機制是該技術能夠實現高分辨率、無缺陷轉移的關鍵。這一機制為其他類似制造技術提供了新的思路，具有普適性價值。

在數字醫療領域，這種技術將推動表皮電子器件的革新。高分辨率、共形附著的微電極可以實現更精確的生理信號采集，為健康監測、疾病診斷提供更可靠的數據支持。其超薄(可低于10μm)、高透光(透明度>90%)、低成本等優勢，也使其在人機交互、可穿戴設備等領域具有廣闊應用前景。

對比傳統表皮電子器件，DW&T技術帶來的優勢是全面的：在成本方面，無需昂貴掩模，且可回收使用；在導電性方面，AgNWs網絡提供優異的導電性能；在防水性方面，電子皮膚在濕潤環境中表現穩定；在超薄性方面，厚度可控制在微米級；在透光率方面，幾乎不影響視覺；在可定制化方面，可針對不同曲面和功能需求靈活調整。

這項研究的意義不僅在于技術突破，更在于其為表皮電子器件的實用化提供了可行路徑。通過將制造復雜度從"需要精密掩模"轉變為"直接書寫轉移"，并加入可回收設計，該技術顯著降低了技術門檻和使用成本。

北京科技大學團隊的工作表明，通過巧妙利用材料特性與工藝設計，可以突破傳統制造方法的限制。DW&T技術不僅解決了曲面微電極制造的瓶頸問題，還通過可回收性設計大幅降低了應用成本，為高性能表皮電子器件的規?；瘧玫於嘶A。

隨著數字健康需求的不斷增長，這種技術有望成為推動表皮電子器件走向實用化、規模化應用的關鍵技術之一。在不久的將來，我們或許能見證更多基于DW&T技術的高精度、可穿戴電子設備走進日常生活，為健康監測和人機交互帶來革命性變化。