综述：印刷压电材料：从功能油墨到高性能换能器 Manuel Reis Carneiro

《Sensors》：Printed Piezoelectric Materials: From Functional Inks to High-Performance Transducers Manuel Reis Carneiro

　　

摘要

可打印的压电材料正成为下一代传感、驱动和能量收集技术的基石，这一趋势源于对轻量化、柔性以及数字化制造传感器的需求。传统的陶瓷压电材料具有卓越的机电性能，但需要高温烧结，并且存在内在的脆性，这限制了其与柔软或非传统基材的结合。相比之下，聚合物压电材料具有良好的机械柔顺性和低温加工性能，然而其结晶度较低，压电系数较小，热稳定性也有限。这些矛盾的特性推动了功能性压电墨水的发展——这类墨水包括陶瓷基、聚合物基和混合基材料，专为直接喷射打印、立体光刻、丝网印刷和喷墨打印等增材制造技术设计。本综述系统地探讨了影响打印压电传感器性能的材料组成、分散化学性质、打印要求、热处理方法以及极化策略。通过对比陶瓷基、聚合物基和混合基系统，我们揭示了可打印性、结晶度、机械柔顺性和机电响应之间的基本权衡关系，并阐明了这些权衡如何影响可穿戴电子设备、软体机器人和结构健康监测等领域中的设备设计。最后，我们重点介绍了几种新兴技术，包括表面功能化、低温结晶、液相烧结以及工程化的陶瓷-聚合物界面，这些技术为弥合可打印性与高压电性能之间的差距提供了有希望的途径。