基丙烯酸甲酯）（PMMA)、環(huán)氧樹脂、聚二甲基硅氧烷（PDMS)、聚酰胺（尼龍）、 聚酰亞胺（PI)、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、聚苯乙烯（PS)、聚四氟乙烯（PTFE)、聚氯乙烯 (PVC)、聚氨酯（PU)、聚碳酸酯（PC)、光固化樹脂、環(huán)氧樹脂和水凝膠。陶瓷可以從包括以下 物質的組中選出：氧化物、碳化物、硼化物、氮化物和硅化物。例如，合適的陶瓷可以包括氧 化鋁、氧化鈹、氧化鋪、二氧化娃、二氧化鈦、氧化錯、碳化娃、氮化娃、氮化硼、粘土和羥基磷 灰石。3D結構的結構材料還可以包括復合材料。例如，包括陶瓷或玻璃的填充顆?？梢該?入聚合物基質。
[0042] 由于直接寫入打印固有的定位靈活性，其中沉積管嘴可以沿著x-、y_以及z-軸中 每個平移并圍繞其中每個旋轉，功能電子設備可以在3D結構內(nèi)以任何角度定向。例如，當 3D結構包括嵌入其中的多個功能電子設備時，功能電子設備中的至少一個功能電子設備的 基部可以相對于其它功能電子設備的基部以非零角度定向。參考圖1，例如，在右側的1C 104b具有相對于在左側的IC104a的基部以90度的角度旋轉的基部。這種靈活定位能力 可以提供在可能嵌入3D結構中的設備的數(shù)量密度方面的優(yōu)勢。
[0043]制備方法的另一優(yōu)勢是：導電絲中的一個或多個可以跟隨連接點之間的非平坦路 徑。換言之，導電絲不限于平坦路徑，這與印刷電路板上的導電跡線形成鮮明對比。此外， 導電絲可以被設計為具有合適的化學性和粘度以在擠出后至少部分地自支撐。因此，導電 絲中的一個或多個可以是沿著其長度的一部分不被結構材料的下層或襯底支撐的，例如由 圖3和12D中的導電（銀）絲的圖像示出的。大量導電絲可以被打印在3D結構內(nèi)的復雜 構造中，例如形成意大利面條狀布置。
[0044]導電絲可以包括也可充當熱導體的導電材料，諸如過渡金屬、堿金屬、堿土金屬、 稀土金屬或碳。例如，導電材料可以從包括以下物質的組中選出：銀、銅、鉛、錫、鋰、鈷、金、 鉑、鈀、鈦、鉬、鎢、鉭、錸、鋯、釩、鉻、鈮、鐵、鎳、鋅、鋁、鎂和碳（例如，石墨、石墨烯、碳納米 管、碳黑）。除了作為用于功能電子設備的導電跡線，導電絲中的一些或全部還可以或可選 地用作3D功能部件中的散熱器和/或加熱器件。例如，導電絲可以均勻地或不均勻地分布 在整個3D部件，并用作加熱器件來驅動結構材料的熱固化。在另一示例中，導電絲中的一 些或全部可以用于散發(fā)由功能性電子設備在使用期間產(chǎn)生的熱量。
[0045]導電絲可以由包括導電納米顆粒和/或具有反應化學組成的前體油墨制 劑形成。這樣的前體油墨例如在標題為"MetalNanoparticleInks, "的美國專利 7,922,939 以及在S.B.Walker和J.A.Lewis在JournaloftheAmericanChemical Society,134[3]1419_21(2012)發(fā)表的"ReactiveSilverInksforPatterning High-ConductivityFeaturesatMildTemperatures," 中進行了描述，這兩者通過引入 并入此處?？商娲?，導電絲可以從包含分散在溶劑中的導電顆粒的導電油墨制劑中擠出。 在一個示例中，導電顆?？梢园ㄖT如銀薄片的導電薄片?？商娲?，導電顆?？梢跃哂衅?它形態(tài)，諸如棒、球、多邊形、管、針等。示例性導電性顆粒包括：銀多邊形和納米棒、金納米 棒、鍍銀銅顆粒、鍍銀銅薄片、鍍銀銅棒、錫顆粒、鎳顆粒、鋁顆粒、涂覆有導電涂層的絕緣顆 粒、石墨烯、石墨、碳黑、碳納米管、導電聚合物顆粒以及可以利用適當?shù)倪€原劑進行包裝以 防止表面氧化的純銅顆粒。
[0046] 用于導電油墨制劑的溶劑可以被選擇以促進在干燥時形成導電絲和下層襯底 (其可以是3D結構的結構材料）之間的強接合。優(yōu)選地，溶劑能夠溶解結構材料的表面 層，以使與3D結構相接觸的導電絲的部分可以在干燥時牢固粘附。用于導電油墨制劑的 溶劑可以基于給定溶劑的Hansen溶解度參數(shù)和與襯底材料（例如，熱塑性聚合物）相關 聯(lián)的溶解度球的體積的比較來選擇，例如在J.Burke的"SolubilityParameters:Theory andApplication,'，TheBookandPaperGroupAnnual, 3 (1984)， 在http: //cool. conservation_us·org/coolaic/sg/bDg/armual/v03/bD〇3_04.html可Pj>獲取。具有位于給 定襯底材料的溶解度球的體積內(nèi)的溶解度參數(shù)的液體可以被認為是對于該材料的活性溶 劑。對于給定材料的溶解度球的體積是由Hansen溶解度參數(shù))和相互作用的 半徑（R)限定的，它們分別表示球體中心和其范圍。可以在C.M.Hansen,HansenSolubility Parameters:AUser'sHandbook,publishedbyCRCPress(2000)以及PolylacticAcid: PLABiopolymerTechnologyandApplications,publishedbyWilliamAndrew(2012) (尤其用于PLA溶解度參數(shù)）中找到用于各種溶劑和聚合物的溶解度參數(shù)。在3D打印背景 內(nèi)，具有位于給定結構材料的溶解度球內(nèi)的Hansen溶解度參數(shù)的導電油墨的溶劑，可以被 預期與結構材料化學相容并混溶。更具體地說，溶劑被預期是與結構材料充分混溶的，以使 得在導電絲和結構材料之間的接觸區(qū)在干燥時可以形成牢固的接合。優(yōu)選地，溶劑是容易 蒸發(fā)的揮發(fā)性溶劑，以促進在室溫讓導電絲干燥。
[0047] 合適的溶劑可以包括有機酯，諸如乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯、乙酸戊酯和/ 或乙酸己酯。這些溶劑可以表現(xiàn)出低毒性、可調(diào)的疏水性和所需的蒸汽壓。此外，這些溶劑 可以與極性和非極性材料均混溶，并且可以表現(xiàn)出對熱塑性聚合物的良好的潤濕性。
[0048] 諸如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇和/或辛醇的不同長度的醇類以及 諸如甲酸、乙酸和丙酸的不同長度的羧酸也可以用作溶劑。在一些實施例中，也可以使用諸 如水、乙二醇、甘油和/或N-甲基吡咯烷酮的極性溶劑或諸如四氫呋喃或2-甲基四氫呋喃 的中等極性溶劑。其它合適的溶劑可以包括乙二醇丁基醚、乙二醇丁基醚乙酸酯、丙二醇丁 基醚、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、環(huán)己基、乙酸庚酯、乙酸辛酯、礦物油精、丙二醇甲基醚、甲 基正戊基酮。
[0049] 諸如長鏈脂肪酸的封端劑可以用于涂覆導電油墨的導電顆粒以抑制或防止絮凝。 對于以下描述的示例性系統(tǒng)，通過在存在封端劑和乙酸戊酯溶劑的情況下研磨銀粉末來生 產(chǎn)銀薄片，并且銀薄片在整個研磨過程中基本上保持分散。封端劑可以含有在脂肪酸分子 的末端處強鍵合到銀薄片的表面的羧酸基團，同時長鏈烴伸入周圍溶劑?？商娲?，羧酸基 團可以用對導電顆粒表面具有尚未和力的其它官能團取代，諸如硫醇（例如，十^烷基硫 醇）和/或胺（例如，十二烷基胺）。封端劑可以是親水的，以優(yōu)化導電顆粒在水中或諸如 醇的其它極性溶劑中的分散。例如，封端劑可以包括水溶性聚合物，諸如聚丙烯酸（PAA)、聚 乙烯吡咯烷酮（PVP)、聚乙烯醇（PVA)或聚乙烯亞胺（PEI)或任何其它聚電解質。
[0050] 導電油墨還可以或可選地包括增粘劑，以向導電油墨賦予期望水平的粘度并且也 提高了打印和干燥的絲的結構完整性。增粘劑可以包括具有鏈長超過10K單元的聚合物。 為了優(yōu)化打印和干燥狀態(tài)的電導率，且不犧牲打印的絲的結構完整性，油墨中典型的聚合 物濃度相對于油墨中導電顆粒的重量可以是〇.lwt. %和5wt. %之間。示例性增粘劑包括 硝酸纖維素（例如，小于12. 8%的硝酸替代）、不同長度的纖維素酯、羥丙基纖維素、羥乙基 纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羧甲基纖維素。通常纖維素衍生物特別適合作 為增粘劑，因為其官能團替代的多功能性、天然豐度和生物相容性?？梢曰诳紤]所需溶劑 來選擇纖維素衍生物的類型。其它類型的合適的增粘劑可以包括長鏈PEO、PEI、PVP、PAA、 聚丙烯、聚乙二醇、聚異戊二烯、聚硅氧烷、天然橡膠、多糖（諸如蒼耳膠）等。增粘劑也可 以或可選地包括隨著溶劑蒸發(fā)經(jīng)歷膜形成的聚合物膠乳。
[0051] 在一些情況中，增粘劑可以溶解于所需溶劑和用于確保增粘劑的完全溶解的另一 高蒸汽壓溶劑的混合物中。之后，后一溶劑在使用前可以從油墨中蒸發(fā)。增粘劑也可以被 設計為在沉積后發(fā)生改變油墨的流變性質的反應。例如，硫化硅氧烷可以用作增粘劑。沉 積前，增粘劑可以是中等長度的聚合物鏈的形式，并且然后，在沉積之后，通過熱、濕氣、氧 氣或UV光引發(fā)的硫化反應可以誘發(fā)成為堅固的固體的變化。
[0052] 在一些情況中，將其它添加劑微量添加到導電油墨制劑中可能是有利的，其它添 加劑諸如是碳纖維、納米原纖維素、碳化硅棒、碳納米管、金屬棒或在基于擠出的3D打印期 間可能經(jīng)受剪切對齊的其它各向異性顆粒。取決于油墨組成，在油墨中包含增塑劑（例如， 乙酰基三丁酯）和/或阻燃劑也可能是有益的，并且相同的添加劑可以用于這兩個目的。表 面張力調(diào)節(jié)劑也可以或可選地被添加以修改所需襯底（例如，熱塑性聚合物）上的油墨的 潤濕行為。可以加入淀粉以幫助在干燥時減輕導電絲的收縮率。
[0053] 一般而言，導電絲可以包括從約70wt. %至約99. 9wt. %的導電顆粒（溶劑蒸發(fā) 后），并且該范圍優(yōu)選為從約90wt. %至約99. 9wt. %。增粘劑相對于導電顆粒的重量典型 存在為約〇.lwt. %至約5wt. %的量，并且該量優(yōu)選為從約0. 5wt. %至約2. 5wt. %。諸如 碳納米管的（一個或多個）其它流變和/或機械性質改進劑，可能相對于導電顆粒的重量 存在為從約〇.oiwt. %至約10wt. %的濃度，并且濃度優(yōu)選為從約0.lwt. %至約lwt. %。 在初始的油墨制劑中，在擠出并干燥以形成導電絲之前，溶劑可以存在為從約lwt. %至約 70wt. %的濃度，而優(yōu)選的濃度為從約12wt. %至約25wt. %。
[0054] 為了 3D打印有效地發(fā)揮作用，導電油墨優(yōu)選是具有非線性剪切依賴性的粘彈性； 即，導電油墨在3D打印期間能夠經(jīng)過沉積管嘴流出，但能夠在離開打印頭后保留其絲狀的 形狀。（用于打印結構和/或設備絲的油墨，如下面進一步描述，也可以具有非線性剪切依 賴性的粘彈性）如上所述，也強烈地優(yōu)選導電油墨和3D結構的結構材料之間的化學相容性 和良好的潤濕性。因此，導電絲可以與在打印狀態(tài)中和任何后處理后（諸如退火）的結構 材料形成強界面，而不損害3D結構的結構完整性。由于3D打印的部件所需的電子功能，優(yōu) 選地，導電絲表現(xiàn)出足夠高的電導率。例如，在室溫干燥后的導電絲的電導率可以是體金屬 的電導率的至少約1 %、至少約2. 5%、至少約5%或至少約10%。有利的是，電導率是體金 屬電導率的至少約20 %、至少約30 %、至少約40 %、至少約50 %或至少約60 %，并可能高達 體金屬電導率的約70%、80%、90%或99%。