全3D打印技术成功制造无需半导体材料的有源电子设备器件

近日，美国麻省理工学院（MIT）的研究团队在《虚拟与物理原型》杂志上发表了他们的突破性研究成果，他们利用全3D打印技术，成功制造出了无需半导体材料的有源电子设备器件。这项研究不仅为未来的电子制造开辟了新的途径，也为小型企业自主生产简单智能硬件提供了可能。

研究团队使用了普通的3D打印机和成本低廉、可生物降解的材料，打印出了这些无需半导体材料的有源电子设备器件。虽然这些器件的性能目前还不足以与传统半导体晶体管相比，但它们已经能够执行一些基本的控制任务，如调节电动机的速度。这一突破性的进展意味着，未来我们或许可以用更加环保、低成本的方式生产电子设备。



在实验中，研究团队发现掺杂铜纳米颗粒的聚合物细丝具有一种特别的现象：当通过大电流时，材料会表现出显著的电阻增加；而一旦停止供电，其电阻又迅速恢复到初始状态。这种特性使得该材料可以被用作开关元件，类似于半导体中的晶体管。团队尝试了多种不同掺杂物（包括碳、碳纳米管以及石墨烯）的聚合物细丝，但只有含铜纳米颗粒的细丝展现出了自复位能力。

基于这一现象，研究团队推测，电流导致的热效应可能使铜粒子扩散开来，从而增加了电阻；而在冷却后，铜粒子重新聚集，电阻也随之降低。此外，聚合物基质从结晶态转变为非晶态再转回的过程，也可能对电阻的变化有所贡献。

利用这一原理，研究团队开发出了一种新型逻辑门。这种逻辑门由铜掺杂聚合物制成的细丝构成，可以通过调整输入电压来控制电阻变化。此外，向聚合物细丝中添加其他功能性微粒，还可以实现更加复杂多样的应用。这一成果不仅展示了全3D打印技术在电子制造领域的巨大潜力，也为未来的智能硬件生产提供了新的思路。