美国麻省理工学院团队于电子制造范畴取患上一项主要进展：他们使用全3D打印技能，建造出了不需要半导体质料的有源电子装备器件。这一冲破性研究发表于新一期《虚拟与物理原型》杂志上，为未来的电子制造斥地了新路子。

横截面积变化的3D打印导电迹线于高电流作用下的举动示例。由多个串联几何图形构成的3D打印电路的光学图象（左），施加10mA（中）及50mA（右）电流时的电路热图象（a）。施加变化电流时，图3a中显示的3D打印电路差别部门的电阻随时间的变化（b）。图片来历：《虚拟及物理原型》

团队利用平凡的3D打印机及成本低廉、可生物降解的质料，打印了这些无半导体器件。虽然这些器件机能还有不足以与传统半导体晶体管比拟，但它们已经能履行一些基本的节制使命，好比调治电念头的速率。这项新技能利用的能量较少，孕育发生的废料也更少，不仅降低了出产成本，还有削减了对于情况的影响。

试验历程中，团队发明掺杂铜纳米颗粒的聚合物细丝具备一种尤其的征象：当经由过程年夜电流时，质料会体现出显著的电阻增长；而一旦住手供电，其电阻又迅速恢复到初始状况。这类特征使该质料可被用作开关元件，近似在半导体中的晶体管。团队测验考试了多种差别掺杂物（包括碳、碳纳米管以和石墨烯）的聚合物细丝，但只有含铜纳米颗粒的细丝揭示出了自复位能力。

基在这类征象，团队认为，电流致使的热效应或者使铜粒子扩散开来，增长了电阻；而于冷却后，铜粒子从头堆积，电阻随之降低。此外，聚合物基质从结晶态改变为非晶态再转回的历程，也可能对于电阻的变化有所孝敬。

使用这一道理，团队开发出一种新型逻辑门，它由铜掺杂聚合物制成的细丝组成，可以经由过程调解输入电压来节制电阻变化。

此外，向聚合物细丝中添加其他功效性微粒，还有可实现越发繁杂多样的运用。

这一结果展示了将来小型企业自立出产简朴智能硬件的可能性。

总编纂圈点：

逻辑门是数字逻辑电路基本单位，“或者三木SEO-”“与”“非”“或者非”“与非”，任何繁杂的逻辑电路均可由这些逻辑门构成。晶体管可以实现对于输出电流的开关节制，经由过程差别电路配置，实现多个逻辑门功效。这次，科研团队乐成使用3D打印技能，建造出了不需要半导体质料的有源电子装备组件。虽然机能不足以媲美晶体管，但掺杂铜纳米颗粒的聚合物细丝已经经具有基本的节制功效，且这类质料成本低、废料少，或者能成为晶体管的“平替”。

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科技日报 2025.04.01

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