比利时KU Leuven团队首次实现PEDOT:PSS气凝胶的全向3D打印，结合现场冻干工艺，在硅胶基底上直接打印出可拉伸互连线与高纵横比热电柱。研究通过添加锂盐和GOPS改善导电性与拉伸性，同时过滤去除多余PSS以降低热导、提升热电效率。打印气凝胶在可穿戴条件下展示出优异的机械稳定性和热电性能，为柔性电子、可穿戴能量采集和软体机器人设计提供全新3D结构方案。该方法克服传统气凝胶脆弱性，实现与弹性基底的高保真结合，拓展有机热电器件设计空间。
比利时领先的研究型大学KU Leuven团队展示了首次全向3D打印PEDOT:PSS气凝胶的方法，实现了可拉伸互连线和高纵横比热电（TE）柱。该研究由Francisco Molina-Lopez领导，已发表在《Advanced Science》期刊上。
这一新方法将直接墨水书写（DIW）与原位冻干工艺结合，可在硅胶基底上直接生成自由形态、多孔PEDOT:PSS结构。通过调控加工路线，研究人员获得了兼具超低热导率（0.065 W·m⁻¹·K⁻¹）和可拉伸导电性能的气凝胶，为可穿戴电子和软体机器人实际应用铺平了道路。这一方法克服了长期以来将脆弱气凝胶与可拉伸基底集成的挑战，实现了此前无法达到的3D热电结构。
3D打印气凝胶在能量与传感方面的应用
团队制备了两类PEDOT:PSS墨水。一类结合了锂盐和GOPS添加剂，以增强拉伸性和导电性；另一类通过过滤和溶剂交换去除多余PSS，从而降低热导率并提高热电效率。
这一双路线策略使气凝胶可针对特定应用进行定制：添加剂型配方最适合可拉伸互连线，而过滤型配方则能为热电器件提供更高的优值（figure of merit）。
演示器件包括拱形互连线，其断裂应变高达15%，并在200次应变循环中保持稳定电阻。垂直热电柱在类似皮肤条件下（ΔT ≈ 15°C）产生26 nW·cm⁻²的功率，性能优于受接触电阻限制的致密PEDOT:PSS柱。
全向DIW结合冻干工艺
传统PEDOT:PSS薄膜在弹性体上加工时常发生收缩或剥离。通过在硅胶上直接打印墨水并原位冻干，KU Leuven研究人员实现了高形状保真度、整合附着力的气凝胶，并能形成拱形和柱状等3D几何结构。
基于光谱分析显示，盐添加剂缩短了π–π堆叠距离，提高了导电性，而过滤工艺促进有序层状结构的形成，与改善热电性能相关。这两条路线共同构建了一个多功能材料库，可针对电机械性能与能量收集功能进行定制。
3D打印柱状热电性能
在添加剂与过滤处理下的PEDOT:PSS气凝胶均显示出良好的热电性能。对比研究显示，气凝胶在功率密度与机械稳定性方面明显优于致密材料。
增材制造中的有机热电材料
尽管铋碲等无机热电材料仍占主导地位，但其脆性和高成本限制了在柔性和可穿戴系统中的应用。导电聚合物如PEDOT:PSS重量轻、可打印且生物相容性好，但薄膜器件一直难以提供足够功率。
通过将全向DIW与冻干结合，KU Leuven的方法生产出机械稳健、多孔PEDOT:PSS气凝胶，可直接与弹性体集成。能够打印可拉伸互连线和高效热电柱，为可穿戴电源、皮肤电子和软体机器人设计拓展了全新的结构空间。
拓展3D打印热电器件设计空间
近期一波研究探索了增材制造如何重塑热电器件设计。今年早些时候，研究人员展示了如何使用机器学习优化墨水进行高性能热电3D打印，凸显了数据驱动材料设计在提升能量转换中的作用。其他研究回顾了利用格子结构通过调控热与电荷传输提高效率的潜力。同时，屏幕印刷热电器件的进展显示了灵活、低成本能量收集器件的可扩展路径。KU Leuven的研究在此基础上，引入了PEDOT:PSS气凝胶的全向DIW打印，实现了柔性可拉伸和超低热导率的3D有机热电器件。
