本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：
1. 研究作者及发表信息
本研究由Sen Su、Tian He（通讯作者）和Hui Yang合作完成，作者单位为中国青岛大学机电工程学院。论文标题为《3D printed multilayer dielectric elastomer actuators》，发表于期刊Smart Materials and Structures（2023年，第32卷，035021号）。
2. 学术背景
科学领域与研究动机
本研究属于柔性材料与软体机器人领域，聚焦于介电弹性体驱动器（Dielectric Elastomer Actuators, DEAs）的制造技术。DEAs因其大应变、高能量密度、快速响应等优势，在软体机器人、夹持器和人工肌肉等领域具有广泛应用。然而，传统DEAs通过旋涂（spin-coating）工艺制造，流程复杂且难以规模化生产。因此，本研究旨在开发一种基于3D打印技术的DEA快速制造方法，以简化工艺并提升效率。
背景知识
- DEAs的工作原理：DEAs由介电弹性体（Dielectric Elastomer, DE）层和电极层组成，通过施加电压使DE层发生形变，从而产生驱动作用。
- 传统制造瓶颈：旋涂法需手工操作，多层DEAs易因制造缺陷失效，且难以实现薄层（<50μm）均匀制备。
- 3D打印的潜力：已有研究尝试通过3D打印制备DEAs，但面临材料粘度、电极层集成和层间粘附等问题。
研究目标
- 开发适用于3D打印的紫外（UV）固化DE墨水，优化其流变性与机械性能。
- 设计新型3D打印平台，实现DEA的一体化成型。
- 对比3D打印与旋涂法制备的DEAs性能，验证新方法的可行性。
3. 研究流程与方法
（1）墨水改性
- 材料选择：以CN 9021（丙烯酸酯）为基础材料，添加稀释剂（Isodecyl Acrylate, IDA）、交联剂（1,6-Hexanediol Diacrylate, HDDA）、光引发剂（TPO-L和Benzophenone, BP）等。
- 粘度调控：通过调整IDA与HDDA的比例，使墨水粘度降至2689 mPa·s（符合3D打印要求）。
- 机械性能测试：制备拉伸试样（ASTM D412标准），测试不同HDDA比例下材料的杨氏模量（1.648–3.052 MPa）和断裂伸长率（55.05%–317.27%）。
（2）3D打印平台设计
- 硬件组成：三轴龙门式平台，配备螺杆泵挤出系统和UV光源（Omnicure S1500）。
- 打印参数：挤出速率200 μL/min，打印速度30 mm/s，UV光强5%。
- 层间粘附优化：通过延迟固化（2–5秒）促进墨水扩散，减少层间缺陷（图6）。
（3）电极层制备
- 材料：超细石墨分散液，通过喷墨打印形成纳米级电极层。
- 工艺：掩膜辅助喷涂，UV快速固化以提升均匀性。
（4）性能测试
- 驱动性能：测试单层/多层DEAs在电压（2.5–4 kV）下的尖端位移（最大7.6 mm）和阻塞力（图8）。
- 对比实验：3D打印与旋涂法制备的DEAs（厚度100 μm）性能相近，验证新方法的有效性。
4. 主要结果
- 墨水性能：优化后的UV-DE墨水具有剪切稀化特性（剪切速率>0.1 s⁻¹时粘度下降），适合挤出打印。
- 机械性能：HDDA比例5%时，材料兼具高弹性（断裂伸长率85.4%）与适度刚度（杨氏模量1.648 MPa）。
- 打印质量：延迟固化策略使墨水宽度从549.29 μm增至831.22 μm，显著改善层间填充（图6c-d）。
- 驱动性能：3D打印的4层DEA在3 kV下驱动力与旋涂2层DEA（4 kV）相当，证明多层结构可降低工作电压。
5. 结论与价值
科学价值
- 材料创新：首次开发出适用于3D打印的UV固化DE墨水，解决了传统DEAs制造中的粘度与固化难题。
- 工艺突破：实现DEA的一体化打印，层厚均匀性达110 μm，为薄层DEAs的规模化生产提供技术支撑。
应用价值
- 软体机器人：高效制备多层DEAs可推动柔性驱动器的设计，如人工肌肉、夹持器等。
- 未来方向：需进一步优化墨水以实现<50 μm薄层打印，并探索液态金属电路集成。
6. 研究亮点
- 多材料协同改性：通过IDA、HDDA等调控墨水流变性与机械性能，平衡打印性与驱动性能。
- 延迟固化工艺：创新性提出“边界快速固化+内部延迟填充”策略，提升打印层质量。
- 性能对标传统方法：3D打印DEAs在驱动性能上与旋涂法相当，但效率显著提升。
7. 其他有价值内容
- 缺陷分析：指出当前3D打印尚无法实现<50 μm薄层的技术限制，为后续研究指明方向。
- 数据公开：研究数据均包含于论文及补充材料中，支持可重复性验证。
此研究为DEAs的制造提供了革新性方案，兼具学术前瞻性与工程应用潜力。