3D打印（或称增材制造）是工业4.0的代表性技术之一,它融合信息技术、自动化控制技术与材料成型技术的特点与优势,致力于将任意结构、可个性化定制的数字化模型迅速精准地转化成实际物体或产品。与传统制造技术（铸造、冲压、切削）相比,3D打印技术节省了制备模具的时间成本与经济成本,可一次成型结构复杂的三维结构部件,在金属、陶瓷、塑料与树脂等材料的打印方面已经取得了成功,并已在制造航空航天器零部件、定制医疗植入体、工业设计辅助、教育与时尚等领域广泛应用。然而,与工业生产所使用的成千上万种材料相比,当前可打印材料的种类依然很有限,因此发展新的材料打印方法、拓展可打印材料的范畴,是3D打印技术进一步发挥优势、拓展应用领域的关键。金属化合物半导体材料是信息时代最重要、最广泛应用的材料之一,但由于种类繁多、生长条件各不相同、难熔融、高温易分解等因素,以及对材料高纯度、高结晶度的要求,金属化合物半导体的打印依然存在很多困难和挑战。本文发现并研究了还原糖与聚乙烯亚胺受热共聚固化的机制,发展了一种基于聚合物辅助沉积法的激光辅助材料打印方法,应用于打印各类金属化合物材料。这一材料打印方法中,利用聚乙烯亚胺负载金属离子,利用红外激光打印前驱体薄膜,利用退火程序实现金属离子原位结晶生长,从而制备了高结晶度、高纯度、性能可靠的金属化合物半导体材料。本文证实了这一技术路线在打印金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物等各类金属化合物半导体材料方面的适用性,并通过打印超导材料、磁性材料、铁电材料、玻璃化石墨烯、以及典型的电子器件——二极管,证明了这一技术路线的可靠性。本文的具体研究内容包含以下四个部分:1.还原糖与聚乙烯亚胺共聚固化机理研究。我们在实验中发现,以还原糖（葡萄糖或麦芽糖）与聚乙烯亚胺共混形成前驱体,当加热温度超过120二时,前驱体薄膜立即发生固化,原本易溶于水的前驱体变为不溶于水。我们利用热重分析、光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、X射线近边吸收谱等手段对反应进行分析,初步揭示了还原糖与聚乙烯亚胺交联固化的机理。2.激光辅助打印还原糖与聚乙烯亚胺前驱体研究。基于还原糖与聚乙烯亚胺受热共聚固化的机制,我们利用红外激光对前驱体薄膜进行扫描,实现了红外激光驱动的前驱体薄膜的打印。此外,还利用不同分子量的聚乙烯亚胺、不同波长的激光,在不同的激光扫描速度、不同的激光输出功率下打印前驱体,并分析了打印图案的质量与特征,摸索了适合于前驱体打印的激光功率与扫描速度参数区间,提出了前驱体固化阈值与灼烧阈值的双阈值模型,实现了 1500mm/s的高速打印。3.激光辅助打印金属化合物半导体材料研究。本研究以水溶性金属盐为前驱物,将金属离子与聚乙烯亚胺络合,并与麦芽糖混合配制成水溶性前驱体,然后利用红外激光打印成型,再经过热处理使金属离子原位生长为金属化合物,同时去除前驱体中的有机成分。我们研究了在温度的作用下金属离子从无序到有序的生长过程,证明糖与聚乙烯亚胺可以被有效地去除,从而得到高结晶度、高纯度的金属化合物。利用这一技术路线,我们实现了金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物等金属化合物半导体材料的打印,此外还实现了超导材料、磁性材料、铁电材料的打印、以及具有单向导通功能的P/N结的打印。4.激光辅助打印玻璃化石墨烯薄膜。以葡萄糖与聚乙烯亚胺为前驱体,我们制备了一种结构、性能都介于玻璃碳与石墨烯之间的薄膜——玻璃化石墨烯薄膜。玻璃化石墨烯薄膜不仅表面非常平整（粗糙度<1 nm）,薄膜连续、均匀、致密,且具有接近石墨烯薄膜的光学与电学性能,具有优异的机械稳定性、化学稳定性与热稳定性。然后我们利用激光辅助打印,实现了玻璃化石墨烯薄膜的打印。通过将打印的玻璃化石墨烯转移到柔性基底上,研究了玻璃化石墨烯图案的柔韧性与可靠性。本文发展了一种新型的材料打印路线,充分证明了这一路线的可行性、可靠性、兼容性,大力拓展了可打印材料的范围,为实现金属化合物半导体的打印提供了一个可靠、高效的路线,从而为进一步发挥3D打印技术优势、拓展应用领域,为实现半导体器件与电子电路的打印打下坚实基础,为3D打印进一步在太阳能电池、储能电池、电催化、微纳光学器件等领域的应用提供强有力的支撑。