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Basic information


2017 State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining - Lecturer


Education background
2014.9-2017.8KAISTMaterials Science and EngineeringPh.d

2012.9-2014.8KAISTMaterials Science and Engineering Master

2008.9-2012.8HIT Electronic Packaging Technology Bachlor

Research areas
Solder Joint Reliability, Nanopackaging

Electrohydrodynamic Printing

Working experience
2017-presentState Key Laboratory of Advanced Welding and Joining，Harbin Institute of Technology , Lecturer

Conference member
2018 The 20th International Conference on Electronic Materials and Packaging (EMAP) - Steering committee member

2018 IEEE 3M-NANO University of Shanghai Cooperation Organization Nanotechnology - Session Chair

2018 The 13th Graduate Student Symposium on Materials Science and Engineering - Academic Committee Member

Academic member
IEEE Membership

IEEE Electronics Packaging Society Membership

IEEE Council on RFID

IEEE Council on Superconductivity

IEEE Nanotechnology Council

IEEE Sensors Council

IEEE Young Professionals

中国微米纳米技术学会高级会员

中国机械工程学会焊接分会青年工作委员会委员

Honors

名称哈尔滨工业大学2009-2010“校自强之星”荣誉称号



名称哈尔工业大学校团委2010-2011科技创新部部长和校科协主席



名称全韩学人学者联谊会2011-2017KAIST分会会长



名称2017-2019年度中国“博士后国际交流计划”引进


科研项目

项目名称青年科学基金项目 (**)

项目来源国家自然科学基金委员会

开始时间2019.01.01

结束时间2021.12.31

担任角色 负责

项目类别 纵向项目

项目状态 进行中



项目名称国家重点实验室开放课题 (AWJ-19Q03)

项目来源哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

开始时间2019.01.01

结束时间2020.12.31

担任角色 负责

项目类别 纵向项目

项目状态 进行中



项目名称第65批面上资助 (2019M651280)

项目来源中国博士后科学基金会

开始时间2019.06

结束时间2021.06

担任角色 负责

项目类别 纵向项目

项目状态 进行中



项目名称国家重点实验室自主课题 (AWJ-18-Z-03)

项目来源哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

开始时间2019.01.01

结束时间2021.12.31

担任角色 参与

项目类别 纵向项目

项目状态 进行中



项目名称A study on the anisotropy of Sn grain and electromigration in micron-size solder ACF joints for wearable electronics applications

项目来源国家自然科学基金委员会与韩国国家研究基金会联合资助

开始时间2015.07

结束时间2017.06

担任角色 参与

项目类别 纵向项目

项目状态 完成



项目名称青年科学家工作室

项目来源哈尔滨工业大学

担任角色 参与

项目类别 纵向项目

项目状态 进行中



奖项成果

学生培养
17级研二：许孙武 石志远 张彦鑫（再接再厉）

18级研一：高 辉 徐翔宇 高 迪（创新主动）

15级大四：刘 旭 张翼鹏 郭佩婷 （百尺竿头）

16级大三：齐晓泉 朱冰轩 张昕飞 杜轩宇 鲍天宇 王鹏俊 （勇敢担当）

17级大二：陈盈君 （早下实验室）

协助团队培养的学生
贾立超 哈尔滨焊接研究所

陈岩天津航天长征火箭制造有限公司

詹娜中车集团

乔勇沈阳黎明

宋昌宏 哈尔滨焊接研究所


Journal papers


22. S.Zhang,X.Qi,M.Yang,T.Lin,P.He,K.Paik:"A Study on the Resistivity and Mechanical Properties of Modified Nano-Ag Coated Cu particles in Electrically Conductive Adhesives ".Journal of Materials Science: Materials in Electronics (2019) 30:9171–9183

21. 张墅野，徐翔宇，林铁松，何鹏，熔体电纺在加工生物材料方面的应用[J], 中国医疗器械信息，2019

20. 张墅野，许孙武，曹洋，林铁松，何鹏，新型导电胶中铜粉表面化学镀纳米银颗粒的导电机理研究[J]，焊接，(2019)

19. D.Zhao,W.Huang,N.Guo,S.Zhang,C.Xue,X.Mao: "Two-step separation of chitin from shrimp shells using citric acid and deep eutectic solvents with the assistance of microwave". Polymers 2019, 11(3), 409

18. J.Wang, S.Zhang^#, Z Shi, J.Jiu, C.Wu, S.Tohru, N.Shigo, K.Suganuma and P.He*: "Nanoridge patterns on polymeric film by photodegradation copying method for metallic nanowire networks". RSC Advances. 2018, 8, 40740-40747

17. J.Wang, J.Jiu, S.Zhang^#, S.Tohru, N.Shigo, K.Suganuma and P.He*: "The comprehensive effects of visible light irradiation on silver nanowire transparent electrode". Nanotechnology. 2018, 29(43), 435701

16. M.Yang, S.Kim, S.Zhang, D.Park, C.Lee, Y.Ko*, H.Yang, Y.Xiao*, C.Gang and M.Li: "Facile and highly efficient fabrication of robust Ag nanowire-elastomer composite electrodes with tailored electrical properties" J. Mater. Chem. C, 2018,6, 7207-7218. (Inside backcover)

15. M.Jin,S.Park,J.Kim,S.Kwon,S.Zhang,M.Yoo,S.Jang,H.Koh,S.Cho,S.Kim,C.Ahn,K.Cho,S.Lee,D.Kim* and H.Jung*: "Sensors: An Ultrastable Ionic Chemiresistor Skin with an Intrinsically Stretchable Polymer Electrolyte." Advanced Materials 30.20 (2018): **. (Frontispiece)

14.M.Jin,S.Park,J.Kim,S.Kwon,S.Zhang,M.Yoo,S.Jang,H.Koh,S.Cho,S.Kim,C.Ahn,K.Cho,S.Lee,D.Kim* and H.Jung*: "An Ultrastable Ionic Chemiresistor Skin with an Intrinsically Stretchable Polymer Electrolyte." Advanced Materials 30.20 (2018): **.

13. S.Zhang*,M.Yang,M.Jin,W.Huang,T.Lin,P.He,P.Lin,K.Paik: Mechanism of Solder Joint Cracks in Anisotropic Conductive Films Bonding and Solutions: Delaying hot-bar Lift-up Time and Adding Silica Fillers. Metals 2018, 8, 42.

12. S.Zhang,M.Yang,Y.Wu,J.Du,T.Lin,P.He,M.Huang and K.Paik*: A Study on the Optimization of Anisotropic Conductive Films for Sn-3Ag-0.5Cu Based Flex-On-Board Application at a 250C Bonding Temperature. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology 01/2018; (99):1-9.

11. S.Zhang,T.Lin,P.He,N.Zhao,M.Huang,K.Paik*: A Study on the Bonding Conditions and Non-conductive Filler Contents on Cationic Epoxy Based Sn-58Bi Solder ACFs Joints for Reliable Flex-on-Board Applications. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology 10/2017; PP(99).

10. Y.Pan,L.Song,S.Zhang,X.Cai,K.Paik*: Effects of Polymer Conductive Particle Contents on the Electrical Performance and Reliability of 50um Pitch Flex-on-Flex (FOF) Assemblies using Anisotropic Conductive Films (ACFs). IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology 10/2017; 7(11).

9. S.Zhang*,T.Lin,P.He,K.Paik: Effects of Acrylic Adhesives Property and Optimized Bonding Parameters on Sn58Bi Solder Joint Morphology for Flex-on-board Assembly. Microelectronics Reliability 09/2017; 78.

8. M.Yang,Y.Ko,J.Bang,T.Kim,C.Lee,S.Zhang,M.Li*: Growth inhibition of interfacial intermetallic compounds by pre-coating oriented Cu6Sn5 grains on Cu substrates. Journal of Alloys and Compounds 01/2017; 701.

7. J.Kim,J.Kim,S.Song,S.Zhang,J.Cha,K.Kim,H.Yoon,Y.Jung,K.Paik,S.Jeon*: Strength dependence of epoxy composites on the average filler size of non-oxidized graphene flake. Carbon 11/2016.

6. S.Zhang,J.Park,K.Paik*: Joint Morphologies and Failure Mechanisms of Anisotropic Conductive Films (ACFs) During a Power Handling Capability Test for Flex-On-Board Applications. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology 11/2016; PP(99):1-7.

5. T.Kim,T.Lee,Y.Pan,W.Kim,S.Zhang,T.Kim,K.Paik*: Effect of Nanofiber Orientation on Nanofiber Solder Anisotropic Conductive Films Joint Properties and Bending Reliability of Flex-on-Flex Assembly. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology 08/2016; 6(9):1-13.

4. J.Park,T.Kim,S.Zhang,K.Paik*: Effects of Polymer Ball Size and Polyvinylidene Fluoride Nanofiber on the Ball Capture Rate for 100-μm-Pitch Flex-on-Flex Assembly Using Anisotropic Conductive Films and Ultrasonic Bonding Method. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology 07/2016; 6(7):1-8.

3. S.Zhang,K.Paik*: A Study on the Failure Mechanism and Enhanced Reliability of Sn58Bi Solder Anisotropic Conductive Film Joints in a Pressure Cooker Test Due to Polymer Viscoelastic Properties and Hydroswelling. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology 01/2016; 6(2):1-8.

2. Y.Kim,S.Zhang and K.Paik*. "Highly reliable solder ACFs FOB (flex-on-board) interconnection using ultrasonic bonding." J. Microelectron. Packag. Soc. 22.1 (2015): 35-41.

1. S.Zhang,S.Kim,T.Kim,Y.Kim and K.Paik*: A Study on the Solder Ball Size and Content Effects of Solder ACFs for Flex-on-Board Assembly Applications Using Ultrasonic Bonding. IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology 01/2015; 5(1):9-14.

Conference papers
美国电子器件大会ECTC:

1. S.Zhang,M.Yang,T.Lin,P.He,K.Paik: A Study on the Optimization of O2 Plasma Parameters on the Peel Adhesion Strength and Solder Wettability of SnBi58 based Anisotropic Conductive Films. 2019 IEEE 69th Electronic Components and Technology Conference (ECTC); Las Vegas, NV, USA, May 28-31, 2019, Interactive presentation.

2. S.Zhang,T.Lin,P.He,J.Park,G.Park,H.Song,J.Kim,K.Paik: A Study on the High-Frequency Performance of Solder ACFs Joints for Flex-on-Board Applications Using Coplanar Waveguide. 2018 IEEE 68th Electronic Components and Technology Conference (ECTC); San Diego, USA, 05/2018, Interactive presentation.

3. S.Zhang and K.Paik*, "The Effect of Polymer Rebound on SnBi58 Solder ACFs Joints Cracks during a Thermo-Compression Bonding," 2017 IEEE 67th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), Orlando, FL, USA, 2017, pp. 2047-2053. Interactive presentation.

4. S.Zhang and K.Paik*: Effects of Cooling Processes and Silica Filler Contents of Solder ACFs (Anisotropic Conductive Films) on the Joints Reliability. 2016 IEEE 66th Electronic Components and Technology Conference (ECTC); Florida USA, 05/2017, Oral presentation.

IEEE-NANO 2019:

1. S.Zhang,X.Liu,T.Lin,P.He: A study on the atomic layer deposition on the novel AgNWs performances for transparent electrode applications. the 19th IEEE International Conference on Nanotechnology (IEEE-NANO 2019), July 22-26, 2019, The Parisian Macao, Macau SAR, China

2. S.Zhang,Y.Zhang,T.Lin,P.He: A study on MoS₂ growth using a pulsed laser deposition method for MoS₂/graphene photodetectors. the 19th IEEE International Conference on Nanotechnology (IEEE-NANO 2019), July 22-26, 2019, The Parisian Macao, Macau SAR, China

IEEE 3M-NANO 2018:

1. S.Zhang and P.He*: Nanoridge patterns on polymeric film by photocopying metallic nanowire networks, The 8th IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale, Hangzhou, China, 13-17 August, 2018, Invited Oral Presentation

2. P.He and S.Zhang*: Visible light irradiation of silver nanowire transparent electrode: a double-edged sword, The 8th IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale, Hangzhou, China, 13-17 August, 2018, Invited Oral Presentation

IEEE-电子材料及封装国际会议(EMAP)2018:

1. S.Zhang, M.Yang,Y. Zhang, Q. Wang, T. Lin, P. He and K. Paik, "A Study on the Preparation and Properties of Conductive Adhesives Filled with Multi-component Fillers for Green Packaging" 2018 IEEE 20th International Conference on Electronics Materials and Packaging (EMAP), HKUST, HK, 2018, Oral presentation, including poster.

韩国电子封装大会ISMP:

1. S.Zhang, K.Paik*: Effects of Conductive Particles on the Power Handling Capability of ACFs Interconnection for Flex-On-Board Applications. The 15th International Symposium on Microelectronics and Packaging, KINTEX, Seoul, Korea, 2016, Oral presentation.

2. S.Zhang, K.Paik*: Mechanism of solder crack of Anisotropic Conductive Films (ACFs) joint caused by Ultrasonic Horn Releasing Time during Cooling Process Using Thermomechanical Analysis. The 14th International Symposium on Microelectronics and Packaging, KINTEX, Ilsan, Korea, 2015, Poster

国际首届柔性电子大会:

1. Y.Ming,D.Park,C.Lee,Y.Ko*,S.Zhang*,T.Lin,P.He*: Fabrication of Ag nanowire-elastomer composite electrodes with tailored electrical properties by using a 3D mask. International Conference on flexible electronics, Hangzhou, China, 2018, Best Poster Award

第二十二届全国钎焊及特种连接技术交流会

1. S.Zhang,Z.Shi,C.Yu,T.Lin,P.He,W.Long,L.Bao,J.Ma: A Study of PEDOT:PSS Layer on the Enhanced Reliability of Silver Nanowires for Transparent Electrodes, Shenyang, China, 2018, Oral presentation

2. S.Zhang, Y.Zhang, Q.Wang,T.Lin,P.He,W.Long,L.Bao,J.Ma: Preparation and Properties of Two-component Filler Filled Conductive Adhesive, Shenyang, China, 2018

3. S.Xu,S.Zhang,Y.Cao,T.Lin,P.He,W.Long,L.Bao,J.Ma: A Study on the Conductive Mechanism of Silver Coated Copper Powders for Conductive Adhesives, Shenyang, China, 2018

WILEY-苏州大学能源材料国际研讨会

1. S.Xu,Q.Lu,H.Geng,T.Lin,P.He,S.Zhang*: A Study on the Annealing and Melt-spinning on the Enhancement of Thermoelectric Properties of Multiple-filled Skutterudites Followed by Hot Pressing, Wiley Soochow University International Conference on Energy Materials, Suzhou, China, 2018, 21-23 December.
中国机械工程学会焊接分会青年工作者第三届学术会议

1. 张墅野，曹洋，林铁松，何鹏，新型覆纳米银铜粉的导电机理研究，哈尔滨，2019年4月26-28日 口头报告。


Pattens

Book & Chapter
Zhang, Shuye, et al. "A Review: Solder Joint Cracks at Sn-Bi58 Solder ACFs Joints." Lead Free Solders. IntechOpen, 2019.



研究方向


招收国际前沿方向电流体动力学喷印(EHP)、3D生物打印、无机半导体印刷电子技术的本、硕、博学生

招聘信息



We have several available vacancies for undergraduates, master and Ph.D students, including the innovation

program for the bachelor degree.



生物3D打印
3D打印技术（three-dimensional printing, 3DP）,又名增材制造、快速成型技术，自由成型技术等，是基于离散-堆积原理，在计算机辅助下采用分层加工、叠加成型的技术，即通过逐层增加材料来形成3D实体。自1986年3D打印技术的概念首次由Charles W. Hull提出后，因高精度、个性化制造及复杂形状构建上的独特显著优势，3D打印渗入了各行各业，并引领创新，引发了全球制造业的变革。生物3D打印是3D打印技术在生物医学领域中的交叉应用，具有重要的研究意义及应用前景。运用3D打印技术既可以制作标准模型，也可以为病人量身定制结构复杂的手术支架等。通过计算机断层扫描（CT）或者核磁共振（MRI）等医学成像技术对病人骨缺损部位进行扫描得到所需要的支架模型，随后使用三维打印机进行打印成型。这是传统的成型技术难以达到的。近年来，三维打印技术在医用领域内取得了广泛应用，包括颅面移植、冠齿修复、假体器件、医疗设备、外科手术模型、器官打印、药物传输模型、骨组织工程支架方面的应用等[1]。三维打印技术由于其可量身定制性，结构和孔隙可控性以及可复合多种材料等特性受到了研究人员的广泛关注。这一趋势也为许多具有突破性的治疗方案及设备的发明提供了灵感。

接下来我们会详细介绍骨组织工程领域内目前可用于三维打印的生物材料，包括它们各自的优缺点以及打印标准。同时由于不同的打印机能够打印的生物材料不尽相同，所以我们也对三维打印机的种类及成型原理进行了简要概述。我们希望该篇综述能够鼓励更多的科研团队发明新的生物材料，最终使得三维打印技术在骨组织工程领域取得更大发展。

1.三维打印技术分类介绍

生物材料能否被打印这与所使用的三维打印机器有很大关系。不同的打印机对材料的要求不尽相同。在生物医学领域，主要使用的打印机分为四种类型：光固化立体印刷技术、熔融沉积打印技术、选择性激光烧结技术、直接浆料挤压技术。

熔融沉积以及直接浆料挤压技术，是两种常用的制备骨组织工程支架的办法。直接打印的浆料有些是与水或者低沸点溶剂（二氯甲烷(DCM)、二甲亚砜（DMSO）混融的聚合物溶液，有些是在挤出后能快速挥发的聚合物溶液，或者一些水凝胶能够在挤出后依然维持原来的结构。通过三维打印成型的水凝胶在挤出后能够通过触变行为、温度感应或者交联等方式维持形状。对于熔融沉积和直接打印来说，分辨率可达到在XY平面喷嘴尺寸25微米，层厚200-500微米[2]。通常情况下这两种方法在打印长的没有支撑的或者有尖锐突出部分的模型时有问题。挤出的细丝没有足够的强度来立即支撑出自身，所以在没有支撑的部分会出现松弛或者完全倒塌的情况。为了解决这一问题，有时在打印的过程中也添加填充材料，在打印完成之后用溶剂溶掉或者高温煅烧掉。

粒子熔化的三维打印技术在工业原型生产中已经取得了广泛应用，包括选择性的激光烧结沉积技术以及粒子粘连技术，它们不仅能打印聚合物、陶瓷、金属及其复合材料，还能赋予其独特或复杂的结构。选择性激光烧结技术使用有特定方向的激光使聚合物或者金属粒子达到其熔点以上温度，从而使粒子熔化在一起。激光束会根据电脑模型分层处理，从顶部开始使粒子熔化成型，并不断重复此步骤达到最后的效果[3]。选择性激光技术成型较慢、成本较高，而且需要使用大量材料，但是其能够在单一机床上成型多种材料的能力使其在许多制造领域中依然占据用武之地。粒子粘结技术也被称作非方向性的激光烧结技术，其主要原理与选择性激光烧结技术类似。但是与激光使粒子熔化不同，粒子粘结技术使用液态的粘结剂溶液使粒子粘结，进而通过高温煅烧得到三维固体。选择性的激光烧结技术以及粒子粘连技术已经在矫形或者口腔外科等硬组织工程领域得到运用。

立体平板印刷技术是将紫外光或者激光穿过可以光致聚合的液态聚合物，使其形成单一的坚硬的聚合物簿膜。在聚合后，基板下降到溶液中，这样新的树脂能够在打印的表面上流过，在上方聚合。在所有打印技术中，立体平板印刷具有最高的分辨率，传统的立体平板印刷分辨率达到25微米，而微米级的立体平板印刷以及高精确的立体平板印刷技术分辨率达到了单微米级别[4]。然而由于立体平板印刷由于其只能在紫外光下交联、延伸的后成型特性、缺乏合适的力学性能、树脂在最后容易被堵塞，以及最重要的缺乏相关可用于立体平板印刷技术的生物相容性及生物降解性的材料，使得其在医学领域缺乏发展空间。但近年来由于一些天然的或合成的可交联的生物材料的发现，给立体平板印刷在组织工程领域中的应用提供了很大机会[5]。

图1 如何打印一只耳朵[6]
2.三维打印生物医用材料分类

在过去的十几年中，三维打印技术得到了迅速的发展，这也让其在许多新领域中得到应用，更是吸引了医疗设备以及组织工程领域的目光。由于三维打印能够以短时间、低成本为病人量身定制特定的医疗产品，这也使得三维打印技术在未来的个人医疗时代有极大的发展前景。目前，已经有很多生物材料通过三维打印的方式制备骨组织工程支架或者其他一些医疗产品等。在本环节中，我们将针对不同的打印技术需要的材料性能进行整体概述，并重点介绍目前已经应用过的生物材料及其优缺点。

2.1 陶瓷基浆料

生物医用活性陶瓷能够模拟自然骨的矿物相、结构以及机械性能，是理想的仿生骨修复材料。目前应用3D打印机直接打印陶瓷材料有很大难度，因为液态的陶瓷材料数量很少，而且其熔点远在熔融沉积打印方式所能承受的范围之外。另外，由于陶瓷材料缺乏光敏特性，因此不适用于光固化立体印刷技术。应用选择性激光烧结打印系统也很难打印出高密度又多孔的结构。直接挤压式的三维打印技术是目前打印陶瓷材料最有前景的方法，陶瓷粉体必须有合适的颗粒粒径（通常情况下10-150微米），以及合适的粘结溶液，使其易于打印成型[7]。

羟基磷灰石粉末被广泛应用于三维打印中，这和其矿物相中磷酸钙的大量存在有关。通过聚丙稀溶液一层一层溅射到HA粉末上，随后进行烧结完成固化过程，这样我们就得到了羟基磷灰石的联接体。通过烧结，其抗压强度(0.5-12Mpa)可达到人体松质骨的最低要求。将其移植到小鼠模型中，8周后支架边缘开始有新骨生成，内部也有类骨质以及血管长入。但尽管人工骨支架性能优异，但距离临床使用标准仍然相差甚远[8]。生物玻璃是内部分子呈无规则排列状态的硅酸盐的聚集体，材料中的组分可以同生物体内的组分互相交换或者反应，最终形成与生物体本身相容的物质。研究者通过细胞和动物实验对生物活性玻璃进行了一些列研究，发现生物玻璃具有优越的自降解性能，其离子产物可以增强成骨细胞的增殖分化和激活成骨基因的表达。为了有效治疗肿瘤相关的骨缺损病症，Lu等[9]首先制备了磁性纳米粒子改性的介孔生物玻璃，并将其与壳聚糖混合，制备得到多孔复合支架。该复合支架具有良好的骨再生和光热治疗功能，在肿瘤相关骨缺损的治疗中有着巨大的应用价值。

图2 超弹性人工骨[10]
2.2 生物医用高分子材料

医用高分子打印材料具有非常优异的加工性能，可适用于多种打印模式，并且具有良好的生物相容性和降解性，使得其成为三维打印生物材料中的主力军。不同的打印技术需要设定不同的材料打印参数。比如熔融沉积打印所使用的是热塑性的高分子材料，只需将原材料拉成丝状即可打印，但其直径通常在1.75mm左右，并且要具有很快的固溶转变性能，以保证在挤出前迅速熔化，挤出后能迅速冷却。光固化立体印刷打印技术需要浆料呈液体状态，且具有光敏特性。

目前最受研究者青睐也是被应用最多的三维打印高分子材料是可降解的脂肪族聚酯类材料，如聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）等。聚己内酯是一种半晶型高聚物，曾经一度被抛弃，直到组织工程和三维打印的兴起，PCL也再度走上历史舞台。聚己内酯在被加热时有优异的流变性能及粘弹性，这使得其成为以熔融沉积为原理的打印机最主要应用的材料之一。聚己内酯在体内能够稳定存在长达六个月，随后在逐步降解，且副产物对人体无毒无害。聚乳酸是一种线型热塑性脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物降解性。但由于聚乳酸的降解是由酯键水解实现的，同时由于乳酸的释放导致了周围体液环境中PH值的下降。这些酸性副产物易引发组织炎症及细胞死亡。为了改善这一问题，研究者们将聚乳酸与生物陶瓷复合，来制备复合支架，以提高其生物响应性以及阻碍酸性环境的形成。Ion等[11]利用3D打印技术制备了一种新型的磷灰石-硅灰石/聚乳酸(AW/PLA)复合结构，该复合结构与皮质骨和松质骨的性质相匹配。体外细胞实验的结果表明， AW/PLA复合支架能够有效促进大鼠骨髓基充质干细胞的增殖和成骨分化。在大鼠颅骨缺损模型中，复合支架表现出良好的骨整合与促进新骨形成的能力。

除PLA及PCL外，聚丙烯（PPF）是光固化成型中被研究最深入的能够生物降解且能够光致交联的聚合物材料之一。通常情况下打印的浆料要与富马酸二乙酯DEF溶剂混合，同时也要加入光引发剂。溶液的粘度和PPF与DEF的比值对打印过程以及支架的力学性能有很大的影响。聚醚醚酮（PEEK）由于其熔点在350℃，所以只能通过选择性激光烧结打印技术来成型。但熔点高也赋予了PEEK 抗热性，使其能够在高温蒸汽杀菌时依然保持稳定。但是作为生物材料来讲，PPEK缺乏对组织工程有利的骨整合性，不能与自然骨很好地结合，所以容易引起一些排斥反应，而且价格偏贵[12]。

2.3 水凝胶浆料

水凝胶是水溶性高分子通过化学交联或物理交联形成的聚合物，具有三维交联网络结构，同时自身也容纳了大量的水。水凝胶具有可调节的强度、降解性、可功能化修饰等性能，并且可作为一种软性材料从而仿生细胞外基质的微环境，这使得水凝胶在医疗领域具有广阔的应用前景，可用来制备二维或三维的组织工程支架以及药物的可控释放等。常用的三维打印的水凝胶浆料主要分为三类：一类是由天然聚合物制备的，比如藻朊酸盐、琼脂、明胶、纤维素、胶原蛋白、丝素蛋白、透明质酸等；一类是由合成的聚合物制备的，比如聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚乙二醇等；另外一类是由合成聚合物以及天然聚合物构成的复合水凝胶类浆料。

在水溶性合成聚合物中，医用聚乙烯醇（PVA）在组织工程领域应用较为广泛。PVA具有良好的生物相容性，无毒易降解，能在95℃时溶于水，形成凝胶状，且粘度很大。Zhang等[13]制备了孔道互相连通的MBG/PVA复合支架材料，PVA的加入显著加强了材料的韧性。以鼠颅骨脊梁骨缺损为模型的动物实验结果也显示出MBG/PVA支架具有优异的骨诱导活性，能促进骨缺损处新骨生成和血管生成。

目前，已经有很多实验将细胞与3D打印的生物支架共培养，实验结果也表明细胞能够在多种三维支架上存活，并且比普通二维培养的效果要好。但这仅仅是细胞与材料的二维作用，并没有将细胞直接置于打印系统中。将细胞直接与浆料混合进行打印作为一个崭新的思路也引起了研究者们的广泛关注。天然水凝胶具有良好的细胞相容性。其性质组成与细胞外基质相类似，表面粘附蛋白质和细胞的能力弱，几乎不影响细胞的代谢过程。可以包裹细胞，输送养分和分泌代谢物。Andrea等[14]测试了不同比例构成的I型胶原蛋白和透明质酸的生物墨水配方，确定了一个最佳配方，在支持生物活性的同时允许生物打印，并且支持原生细胞-基质的相互作用。他们将该配方应用于包含人类原代肝细胞和肝星状细胞的3D肝组织构建中，并测试了对乙酰氨基酚(一种常见的肝脏毒物)的作用。研究结果表明，甲基丙烯酸甲酯型胶原蛋白和硫醇型透明质酸的结合产生了一种简单的、可印刷的生物墨水，这种生物墨水可以调节间质细胞的生长，并且对药物治疗有适当的反应。

图3 细胞生物打印
3. 结论与展望

三维打印技术有很大的应用前景，但是成为生物医用领域的主力成员还有很多问题需要解决。其中一个问题在于三维打印机自身能力的局限性，尽管其打印速度及打印精度已经有了很大的提高，但是在许多情形下依然不能达到最佳水平。另外一个主要问题在于可选择的生物材料的局限性。尽管很多可以打印的材料都具备自己的优势，但是用于移植的材料既要满足生理条件的要求，又要与人体有一个良好的应答反应。通常情况下，理想的骨科移植材料需要具有如下特性:（1）可打印性，（2）生物相容性，（3）优异的力学性能，（4）良好的降解性，（5）副产物无毒且可降解，（6）良好的组织仿生性能。不同种类的打印机对材料的要求也不尽相同，而且这些特性有时候很难全部满足。例如，在骨组织工程中，一方面需要强度高的支架材料以满足成骨细胞的增长和承受载荷，但是这也导致了支架降解困难的问题。一些强度低的软性材料容易打印并且容易降解，但是却不能应用于承重部位。一般情况下，三维打印的浆料由于其自身的硬度与天然骨接近被应用于骨骼以及软骨修复领域。从根本上讲，生物材料的选择要在其各项性能上进行选择平衡，以获得理想的材料。

聚合物生物浆料已经被广泛地研究了，尤其是价格低廉的弹性体，如PLA和PCL。这些材料有很好的生物相容性以及机械性能，被广泛地用作基底材料。在未来的研究中，除了这些还要注重聚合物材料的降解性、脆性以及细胞相容性等等。陶瓷材料，如HA和β-TCP，传统上就被认为是硬组织工程支架的理想材料，现在也越来越多地被应用到陶瓷和聚合物复合材料的研究中，陶瓷材料的添加能够提高支架的强度，并且提高复合材料的生物学性能。水凝胶生物浆料的发展和打印系统让我们越来越接近打印多功能的、搭载细胞的模型系统中，也给了我们希望，有朝一日能够实现器官打印。这一过程已经由对超分子水凝胶浆料的研究就开始了。最后，三维打印技术要想真正地应用于医药领域，如何进行大规模生产、如何控制质量、如何克服管理障碍都是需要解决的问题。虽然前路道阻且长，但三维打印在组织工程和医药领域终将大放异彩！

参考文献

[1] Murphy S V, Atala A. 3D bioprinting of tissues and organs[J]. Nature Biotechnology, 2014, 32(8): 773-785.

[2] Guvendiren M, Molde J, Soares R M D, et al. Designing Biomaterials for 3D Printing[J]. ACS Biomaterials Science & Engineering, 2016.

[3] Vermeulen M, Claessens T, Van Der Smissen, Van Holsbeke, De Backer, Van Ransbeeck, Verdonck. Manufacturing of patient-specific optically accessible airway models by fused deposition modeling. Rapid Prototyping Journal 2013, 19 (5), 312？318.

[4] Bertrand P, Bayle F, Combe C, Goeuriot P, Smurov I. Ceramic components manufacturing by selective laser sintering. Appl. Surf. Sci. 2007, 254 (4), 989？992.

[5] Derby B. Printing and prototyping of tissues and scaffolds[J]. Science, 2012, 338(6109): 921-6.

[6] Kang, H.-W.; Lee, S. J.; Ko, I. K.; Kengla, C.; Yoo, J. J.; Atala, A. A 3D bioprinting system to produce human-scale tissue constructs with structural integrity. Nat. Biotechnol. 2016, 34 (3), 312？319.

[7] Xiaoyu Du, Shengyang Fu, Yufang Zhu. 3D printing of ceramic-based sca？olds for bone tissue engineering: an overview. Journal of materials chemistry B, 2018,6:4397-4412.

[8] Fierz F C, Beckmann F, Huser M, etc. The morphology of anisotropic 3D-printed hydroxyapatite scaffolds. Biomaterials, 2008, 29 (28), 3799？3806.

[9] Jiawei Lu, Fan Yang, Qinfei Ke, Xuetao Xie, Yaping Guo. Magnetic nanoparticles modified-porous scaffolds for bone regeneration and photothermal therapy against tumors. Nanomedicine, 2018, 14(3)：811-822

[10] A.E. Jakus, A.L. Rutz, S.W. Jordan, A. Kannan, S.M. Mitchell, C. Yun, K.D. Koube, S.C. Yoo, H.E. Whiteley, C.P. Richter, R.D. Galiano, W.K. Hsu, S.R. Stock, E.L. Hsu, R.N. Shah, Hyperelastic "bone": A highly versatile, growth factor-free, osteoregenerative, scalable, and surgically friendly biomaterial, Sci Transl Med, 2016, 8:358.

[11] Ion Tcacencu, Natacha Rodrigues, Naif Alharbi, Matthew Benning, etc. Osseointegration of porous apatite-wollastonite and poly(lactic acid) composite structures created using 3D printing techniques. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 2018, 90:1-7.

[12] Hoath S. D, Vadillo D. C, Harlen O. G, McIlroy C, Morrison N. F, Hsiao W. K, Tuladhar T. R, Jung S, Martin G. D, Hutchings I. M. Inkjet printing of weakly elastic polymer solutions. J. Non-Newtonian Fluid Mech. 2014, 205,1？10.

[13] Zhang, J. H.; Zhao, S. C.; Zhu, Y. F.; Huang, Y. J.; Zhu, M.; Tao, C. L.; Zhang, C. Q. Three-dimensional printing of strontiumcontaining mesoporous bioactive glass scaffolds for bone regeneration. Acta Biomater. 2014, 10 (5), 2269？2281.

[14] Andrea Mazzocchi, Mahesh Devarasetty, Richard Huntwork, Shay Soker, Aleksander Skardal. Optimization of collagen type I-hyaluronan hybrid bioink for 3D bioprinted liver microenvironments. Biofabrication, 2018, 11(1)：015003.

本文来自材料人编辑部，由材料人科技顾问杜老师供稿。


无机半导体印刷电子技术
20世纪40年代末，人们第一次成功地展示了全固态电子器件，即两个金属电极之间的电子流被一个小的电位控制在第三个电极上（通常称为控制或栅极电极），被称为晶体管或场效应晶体管（FET）。从功能作用上来说，FETs是一种界面可控的电子模块，可以用来放大输出功率，也可以作为电子开关发挥作用。1958年，第一次成功展示了集成电路（IC）。自此，在小型化制造技术的持续发展中，晶体管集成密度遵循摩尔定律发展。摩尔定律预测，每两年里芯片上的FETs数量将增加一倍。如今在全球范围内制造的晶体管数量远远超过了产出的大米的数量。这使单个晶体管的成本大大降低，目前其价格不到一美元。尽管首个晶体管使用的是锗，但它很快就被硅取代了。Si固有的半导体特性，可通过掺杂，形成P型或N型半导体。而且，Si广泛存在自然界中，因此成本低廉，易于制造、稳定、无毒，更重要的是，它与其自身氧化物SiO2能形成一个极好的界面，一直是制造MOSFET的低漏电流的绝佳栅极绝缘层。

然而，尽管Si技术取得了令人难以置信的进步，但对于大面积、柔性电子应用产品来说，它有一定的局限性。一方面，使用硅的大面积电子设备不太具有成本效益，而且事实上，在高性能硅电子器件的制造过程中，没有适合大面积器件（米到公里）的制造技术；另一方面，由于它的共价键性质，其硅的带传输在默认情况下的方向性很强，这导致了其迁移率只有0.5-1 cm² V^-1 s^-1。其次，共价硅的力学性能也不允许它被考虑为所谓的“柔性电子器件”。在20世纪70年代末发明了导电聚合物之后，“柔性”或“可打印”的电子产品变得尤其受欢迎。有机材料本身具有柔性和可伸展性，因此，随着有机半导体在载流子迁移率和空气稳定性上的改进和提升，一个拥有塑料电子产品的半导体行业似乎是可行的。到目前为止，大部分针对柔性和印刷的电子产品的研究工作和工业发展都是基于有机半导体。然而，多年来，人们已经认识到，有机材料的电子运输特性、时间、环境和电学稳定性还无法与无机半导体媲美。因此，人们也开始寻找新兴的无机替代品或者新方法，使硅技术与柔性、可印刷的电子产品兼容。

可溶液加工、印刷的电子产品有必要将其自身从柔性电子产品中区分开来，这不仅受是否可溶液合成，还受以高吞吐量制造为目标，以及需要低成本、高容量电子电路的相关应用领域等要素的限制。然而，大多数情况下，印刷的电子电路也需要足够的柔性，有时只能采用卷对卷的处理方法。这里考虑的应用领域包括一次性的、可移植的和可穿戴的电子设备，以及生物传感器、低端显示器等。然而，从长远来看，这项技术也可能变得足够成熟，可以与物联网（IoT）相一致。物联网的目的是将日常用品与网络连接起来，从而实现更智能的性能和优化的流程。图1为印刷电子产品的各种可能的未来应用。

图1 印刷电子产品的应用领域包括衣物,智能包装、智能玩具、e-textiles,显示底板,生物传感器、物联网等。

无机半导体的溶液处理实际上可以分为两类：一种是半导体材料的前驱体，通常需要大量的后处理步骤，热固化或光烧结，或者在特定的环境中固化等等；另一种是，将半导体材料分散在某分散剂中形成可印刷的墨水（例如，碳纳米管（CNTs）、2D半导体、氧化物纳米颗粒等），直接印刷出半导体层。这两种方法的优、缺点有很大的不同。图2是目前主流的溶液处理和印刷技术，下面将分别进行介绍。

图2不同的溶液加工与印刷技术：a）自旋涂层；b)喷涂；c）化学浴沉积；d)喷墨打印；e)气溶胶喷雾印刷；f）电流体喷射打印；g)凹版印刷；h）丝网印刷

1、溶液加工技术

基于溶液加工的处理技术主要包括旋涂、浸涂、化学浴沉积以及棒涂等，通常用于覆盖整个或大部分的基底。但使用这些方法不大可能实现亚毫米级别的高分辨率结构。

旋涂

旋涂是一种广泛使用的溶液加工技术，可以在不同的基底上获得均匀的薄膜。所形成的薄膜相貌和厚度是受基板旋转和流体粘度引起的摩擦影响。因此，可以通过控制旋转速度或溶液的粘度来改变TFTs的电学性能。薄膜的均匀性有时会被表面的边缘珠子的形成所干扰，这是由于表面张力诱导的反冲与离心力相竞争。通过将底物放置在中心外，而不是在旋转卡盘的中心，来增加与旋转中心的直线距离后，此时离心力起主导作用时，这种反冲效应便可忽略不计。使用溶液旋涂法可制备均一的薄膜，工艺再现性高。但却会造成大量的油墨浪费，对表面不平的底物覆盖不均匀、形成具有3D特征的复杂结构等。更重要的是，此法无法适用于大规模的工业制备。经常遇到的由于形成不均一的薄膜层，或薄膜中存在气孔或针孔等，造成器件性能差、开态电流和迁移率低。这目前可以通过旋涂多层来解决。多层旋涂会增加涂层半导体层的均匀性，从而提高正偏应力的稳定性和TFTs的迁移率。与此相反，有人指出，优化后的溶液配方可以得到高度均匀且无缺陷的薄膜，即使薄膜厚度低至7nm。这样的超低厚度可以帮助实现高的电流比（10⁶），在非常低的退火温度（125℃）下达到可观的器件性能。

浸涂

浸涂也是一种低成本的加工方法，与自旋涂层相比，它能更有效地覆盖不规则和复杂的结构。浸涂是将底物浸入到涂层溶液中，然后再以可控的垂直速度取出。液体的粘性阻力、重力和靠近运动表面的液态半月板表面张力决定了膜的厚度。薄膜的厚度可以根据溶液的粘度、涂层数以及提取速度调控。快速提取通常会在表面留下更多的液体，增加涂层的厚度。有研究者通过增加浸涂次数来增加ZnO薄膜的厚度，使得其迁移率提高。这里随着薄膜厚度的增加，实际上ZnO结晶的大小随着标准退火程序的增加而增加，从而减少了晶体管通道的颗粒边界，从而提高了器件性能和获得更高的迁移率。

喷涂

喷涂工艺主要用于非平面结构的涂层制备，如台阶、沟槽、半导体芯片等。在这种情况下，使用喷雾器或喷雾器从低粘性涂层溶液中产生细小的液滴，然后通过载体气体将其带入涂层室，由于重力和静电场的综合作用，带电的液滴被引导并最终沉积在电接地的底物上。涂层的质量取决于液滴的大小，随着溶液粘度的降低而下降。它是一种最简单、最便宜的方法，它使用少量的金属氧化物前驱体形成大面积薄膜。这个过程的另一个优点是容易掺杂和制造多成分氧化物膜，且很容易在沉积之前混合不同的前驱体溶液。研究人员通过喷涂方式制造低压控ZnO TFTs。依次沉积的氧化锌半导体通道，以及高介电多晶氧化钇(Y₂O₃)或非晶态氧化铝(Al₂O₃)栅极电介质，同时保持在大面积区域内具有均匀的厚度和较低的表面粗糙度。

化学浴沉积

化学浴沉积（CBD）是另一种可扩展的溶液加工方法。它首先是在前驱体溶液中浸泡底物，然后进行非均相表面反应。在这个过程中先是离子种类的产生，它们通过介质的运输，最后将这些离子凝聚在基底上。通过在正负离子之间的一系列反应形成中性原子，可以适当地控制所需化合物的沉淀，从而产生薄膜。生长膜的厚度和质量取决于沉积时间、底物类型、溶液组成和温度，从而为大面积的批量加工或薄膜的连续沉积提供了可能性。CBD是一个相对简单的过程，它提供优质、稳定、均一和致密薄膜。

CBD可以与玻璃基板兼容，以生产完全透明的电子产品。在低温下，它可以很容易地产生薄膜（10 nm）。有研究者也利用了CBD过程的另一优势，通过改变底物的表面属性，在某一选定位点生长ZnO薄膜，从而允许结构化的沉积。有研究者制造了ZnO晶体管，并研究了不同pH值和沉积温度的影响。有趣的是，沐浴温度从50℃增加到70℃，可以避免在浴缸内形成沉淀，从而使迁移率值从0.2增加到1.6 cm² V^-1 s^-1。

刮棒涂布

棒材涂层或钢丝条涂层是一种简单、通用、可扩展的生产高品质超薄薄膜的工艺。在这里，一根细金属丝缠绕在一个可移动的涂覆棒上。当涂覆棒用墨滴在底物上滚动时，墨水会被涂抹，从而提供一种非常薄的（几纳米厚）的薄膜。在此过程中，各种因素如溶液流变学、表面张力、拉拔率等，都可能影响薄膜的均匀性和厚度（例如，膜厚度随拉拔率的增加而增加）。不像传统的纺线工艺会导致实质性的物质损失，其涂层产量高，浪费小，只需要很少的溶液就可覆盖一个大的底物区域。有人比较了旋涂和棒涂氧化铝介电薄膜的铟-镓-氧化锌-氧化锌（IGZO）半导体通道FETs的性能，结果发现，后者表现出了非常优异的电性能。例如，棒涂的开态电压为0 V，而在旋转涂层的TFTs上则是-1 V。有报告称，棒涂层是一种可以生产大规模、高度密集和超薄介电层技术，这些层具有平滑的表面拓扑结构和很高的区域电容（0.33-0.53 μF cm ^-2）。

表1比较了不同的溶液加工处理技术与它们的特征特性和所需的墨水特性。

2、印刷技术

喷射型




喷墨打印：本质上是一个打印头和一个墨水库组成的喷墨打印机。一般来说，打印头的喷嘴直径为微米，通过这种方式，墨水的液体会被喷射出来。喷射可以是连续的或按需的类型。根据流体喷射的驱动力，喷墨打印可分为热和压电喷墨打印。能够控制有效打印的主要参数是油墨的配方，包括其流体动力特性、基底/喷头温度、喷头直径等。喷头直径越大，印刷就越容易（尤其是胶体和微粒油墨），但代价是打印分辨率低。喷墨打印的一个主要问题是形成所谓的“咖啡环”模式，与同类的薄膜形成相反，大部分的印刷材料最终在干燥时形成了环形的图案。减少“咖啡环”效应的一种方法是保持较高的底物温度，这样溶剂就可以蒸发，然后才能真正地通过溶剂的传播来形成咖啡圈。此外，“咖啡环”效应也可以通过引入马兰戈尼流（表面张力梯度驱动流）来抵消，因为与主体/主要溶剂相比，添加了高沸点和低表面张力的小溶剂，这种微小的溶剂添加会阻碍接触边缘的蒸发，降低咖啡圈的效果。同样，减少“咖啡环”效应的另一种有效方法是使用诸如聚乙二醇（PEG）或十二烷基硫酸钠等表面活性剂。一种粘性聚合物溶液，它在蒸发过程中，由于重复的订-脱订效应（直接影响接触线的运动）而产生一个均匀的多环模式。与上述讨论相反，有人认为“咖啡环”效应对TFT制造可以是有益的。因为他们获得薄、均一和平整的氧化锌活性层中部地区的“咖啡环”当作为移动通道时，会产生较高的器件性能。

气溶胶喷印：空气溶胶-喷射式印刷使用气动或超声波气溶胶发生器，在薄膜形成之前产生一个中间物质状态，即所谓的气溶胶（它实际上是固体颗粒或气体中的液体液滴的胶体）。在喷雾器的帮助下，雾化器的压力确保了空气动力粒子通过气动聚焦向目标基板喷射。高速粒子流，在鞘气（它能保护气雾粒子从打印头的内壁）的辅助下，在它到达基板的过程中保持着聚焦，从而确保高分辨率的特性可以降到<5μm，同时可扩展性来获得高产量的产品。空气溶胶-喷射式印刷也可能适合于微型/纳米级的墨水，因为它会喷射出非常小的液滴，大约0.0001-0.0005 pL的体积。这些液滴只含有少量的纳米颗粒，剩下的溶液在短时间内蒸发，从而消除了咖啡环形成的可能性，这通常是喷墨打印技术的局限性。尽管在纳米颗粒油墨的喷气喷射印刷中也存在喷嘴堵塞问题，特别是在高粒子负载下，但在固相阶段的调整会导致印刷成功，在许多报道中纳米级银墨水已经通过使用此法成功印刷。

电流体（EHD）喷射打印：印刷分辨率有限，液滴偏差，是热和压电喷墨打印的主要缺点。这些缺点实际上推动了高分辨率电流体喷射印刷的发展，因为它可以产生亚微米级的打印。在这种情况下，墨水由一个注射器泵提供给喷嘴，实际上是一个涂有金属薄膜的毛细管玻璃管，以确保导电率。在这里，通过在导电支撑衬底和喷嘴之间应用电场来产生电流体流动。在衬底和喷嘴之间的电位被改变，以控制印刷过程中的喷射频率和液滴直径，从而导致控制油墨体积的一系列液滴，或者从喷嘴喷出的连续不断的墨水流。因此，EHD喷气机打印过程可以更好地控制液滴或像素的大小，从而实现高质量、高分辨率的模式。目前其打印的最窄的线宽<1.5μm。然而EHD打印过程相当缓慢，不适合于超大面积印刷。

尽管由不同的喷射行为控制，但这些印刷技术在某种意义上是相似的，在每一种情况下，墨水必须通过印刷喷嘴（它限定了墨水粘度和微粒/团块尺寸）。通常，它们是非接触的过程，因此产生的污染最少，这实际上是印刷电子元件的理想选择。这些印刷技术的数字特性确保了印刷模式的选择和改变，这使得它们在印刷电子产品的研究人员中非常受欢迎。

复印型

喷射式印刷技术，如喷墨打印或喷雾打印技术，具有数字化技术优势。因为它们在印刷模式被修改时不会产生额外的成本。然而，它们通常会受到相当低的可扩展性/吞吐量的影响。从这个意义上说，滚转印刷过程，如凹版印刷、柔性版印刷和丝网印刷，在高通量生产方面具有领先优势。

凹版印刷：类似于雕刻，凹版印刷（也称为罗托凹版印刷）属于凹版印刷类别，56种具有高通量的高分辨率模式，同时具有很高的生产能力。凹版印刷是使整个印版表面涂满油墨，然后用特制的刮墨机构，把空白部分的油墨去除干净，使油墨只存留在图文部分的网穴之中，再在较大的压力作用下，将油墨转移到承印物表面，获得印刷品。凹版印刷属于直接印刷。印版的图文部分凹下，且凹陷程度随图像的层次有深浅的不同，印版的空白部分凸起，并在同一平面上。这个过程相当适合工业或成熟技术，正如任何一种模式的改变，都需要创建一个新的雕刻圆筒，并将导致高成本的投资。在这种情况下，影响印刷过程的因素可以是物理的（油墨的粘度和润湿性）和机械的（印刷速度和印像力）。另一方面，凹版可以处理更大的颗粒尺寸（在微米范围内）和高粘度的油墨，与喷射技术相比，如喷墨打印机。此外，通过优化的印像力，薄膜的质量、厚度和形态均匀性都相当高，通常优于喷墨打印机。此外，在这种情况下，最好的打印分辨率可以达到5μm，这比喷墨技术还要好。

柔性版印刷：柔性版印刷是另一种复制型印刷方法，它比凹版印刷更便宜，而且非常适合于在包装工业中的塑料或纸张基底上印刷。在这种情况下，与凹版相反的是，墨水被放置在印刷板上（由柔性聚合物制成），在那里印刷板或图像区域与非图像区域相比。因此，在flex照相术中使用的墨水比凹版的粘性更小（然而粘度比喷墨打印更重要）。与其他复制型印刷技术相比，柔性版印刷需要非常小的接触压力，允许将油墨从印刷板转移到底物上。近来，有学者展示了在柔性聚酰亚胺基板上打印铟（In2O3）的TFTs，获得非常薄的（<20 nm）连续纳米晶半导体层。采用低粘度、低固含量的前驱体油墨，实现了优良的薄膜形貌和厚度控制。有多层的柔性版印刷，达到了8 cm² V^-1 s^-1的器件迁移率。

丝网印刷：丝网印刷的过程包括使用一个网格将油墨转移到接收衬底上。具有基底选择性更多和在油墨粘度范围宽。在所有的复制型印刷技术中，这种技术也是相当便宜的（使用低成本的织物或不锈钢面具）。此外，可以通过适当的掩模排列来打印多层结构。据报道，通过此法实现完全屏幕打印有源矩阵电致变色的显示与CNT薄膜晶体管阵列。

干法转移型

干法转移印是通过转移材料在不同基质之间的表面附着力来实现的。转移印刷可以提供高质量的复杂图案，它最适合制造大型的纳米线束，可使单晶硅纳米线以可控的方向和密度传输。通过在接收方的基板上滑动给予方底物，可以定向纳米线，在这种情况下，接收方表面的范德瓦尔斯相互作用将纳米线传输到滑动的方向上。石川等人发表的一份报告使用了干式印刷技术，制造了高性能透明电子产品的单壁纳米管晶体管（CNT TFTs）。单壁CNT TFTs，通过传输印刷，在玻璃基板上表现出极高的迁移率值为1300 cm² V^-1 s^-1。

以上所讨论的所有喷射和复制型印刷技术所必需的特性和墨水特性如表2所示。

参考资料：

Suresh Kumar Garlapati, Mitta Divya, BenBreitung, Robert Kruk, Horst Hahn, and Subho Dasgupta, Printed ElectronicsBased on Inorganic Semiconductors: From Processes and Materials to Devices. Adv.Mater. 2018, **.