金屬為“墨”：可在任意表面繪制電路
發(fā)布時(shí)間：2024-03-29 點(diǎn)擊：135
液態(tài)金屬噴墨電子打印技術(shù)：任意表面繪制電路
試想，在無(wú)論是光滑、粗糙、高低起伏乃至方位各異的任意表面上自由地打印電路會(huì)是一種什么情形？最近，我國(guó)科學(xué)家圍繞普適電子打印技術(shù)取得的一項(xiàng)重要進(jìn)展，經(jīng)麻省理工學(xué)院《技術(shù)評(píng)論》報(bào)道后，在國(guó)際上引起較大反響。
帶著好奇，記者于12月3日來(lái)到這一技術(shù)的誕生地——中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱“理化所”）低溫生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，看到了一系列在不同材質(zhì)基底上由銀色液體構(gòu)成的電路圖案。
這可不是藝術(shù)創(chuàng)作。當(dāng)工作人員將一小塊led燈嵌入到圖案上，再連接電池之后，led燈明亮起來(lái)。這塊隨意“畫(huà)”出的電路板，得益于該實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人劉靜及其團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新成果——液態(tài)金屬噴墨電子打印技術(shù)。最近，他們正在研發(fā)計(jì)算機(jī)控制下的可在各種表面上繪制電路的3d打印系統(tǒng)，試圖讓這一技術(shù)更加親民。
“液態(tài)金屬噴墨”推進(jìn)普適電子打印
“我們的這項(xiàng)研究最初公布在物理學(xué)預(yù)印本網(wǎng)站arxiv上，正式論文將發(fā)表于美國(guó)《應(yīng)用物理學(xué)雜志》，”劉靜說(shuō)。
這種電子打印方式引入了氣流控制下的液態(tài)金屬噴墨原理，金屬微滴表層在飛行過(guò)程中完成氧化，因而易于附著到紙張、塑料、砂紙、墻壁、玻璃、布料乃至樹(shù)葉等基底表面上，由此使得“繪制”電路一定程度上不再受到材質(zhì)的限制。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，這種方法制作的電路板導(dǎo)電性、可靠性非常不錯(cuò)。
要知道，印刷電路板能讓功能器件迷你化、直觀化，是電子工業(yè)的重要支撐，手機(jī)、電腦等和人們息息相關(guān)的電子設(shè)備都離不開(kāi)它。但其傳統(tǒng)的制造流程需要經(jīng)過(guò)電鍍、蝕刻等步驟，具有高能耗、高污染、耗時(shí)等缺點(diǎn)，而且很難適應(yīng)各種不加限制的表面。
但采用液態(tài)金屬噴墨電子打印方法，上述局限可得到良好克服。形象地說(shuō)，樹(shù)葉也可變身電路板，這就大大拓展了傳統(tǒng)電子工程學(xué)的范疇，為十分廣闊的電子電路應(yīng)用開(kāi)啟了新的可能。
這項(xiàng)成果實(shí)際上得益于長(zhǎng)期積累。早在10多年前，劉靜團(tuán)隊(duì)就圍繞國(guó)內(nèi)外均鮮為人知的室溫金屬流體研究打起了攻堅(jiān)戰(zhàn)。近年來(lái)，他們又提出了有望改變傳統(tǒng)電子電路制造規(guī)則的室溫液態(tài)金屬印刷電子學(xué)方法。
通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)、比對(duì)，他們成功配制了能在室溫下流動(dòng)的、以金屬鎵為主要成分的合金組合，并將其作為“墨水”用在了制作電路板方面，而在對(duì)應(yīng)的基底材料上則探索了多種材料的可打印性。
盡管印刷電子學(xué)已興起數(shù)年，但為了讓印上去的“墨水”導(dǎo)電，通常需要用導(dǎo)電聚合物，或是添加納米顆粒材料，借由高溫固化或特定化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
可以說(shuō)，液態(tài)金屬印刷電子學(xué)方法將印刷電子向前推進(jìn)了一大步。其基本主張便是：將液態(tài)金屬作為“墨水”，直接打印形成電路。
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試想，在無(wú)論是光滑、粗糙、高低起伏乃至方位各異的任意表面上自由地打印電路會(huì)是一種什么情形？最近，我國(guó)科學(xué)家圍繞普適電子打印技術(shù)取得的一項(xiàng)重要進(jìn)展，經(jīng)麻省理工學(xué)院《技術(shù)評(píng)論》報(bào)道后，在國(guó)際上引起較大反響。
帶著好奇，記者于12月3日來(lái)到這一技術(shù)的誕生地——中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱“理化所”）低溫生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，看到了一系列在不同材質(zhì)基底上由銀色液體構(gòu)成的電路圖案。
這可不是藝術(shù)創(chuàng)作。當(dāng)工作人員將一小塊led燈嵌入到圖案上，再連接電池之后，led燈明亮起來(lái)。這塊隨意“畫(huà)”出的電路板，得益于該實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人劉靜及其團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新成果——液態(tài)金屬噴墨電子打印技術(shù)。最近，他們正在研發(fā)計(jì)算機(jī)控制下的可在各種表面上繪制電路的3d打印系統(tǒng)，試圖讓這一技術(shù)更加親民。
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“我們的這項(xiàng)研究最初公布在物理學(xué)預(yù)印本網(wǎng)站arxiv上，正式論文將發(fā)表于美國(guó)《應(yīng)用物理學(xué)雜志》，”劉靜說(shuō)。
這種電子打印方式引入了氣流控制下的液態(tài)金屬噴墨原理，金屬微滴表層在飛行過(guò)程中完成氧化，因而易于附著到紙張、塑料、砂紙、墻壁、玻璃、布料乃至樹(shù)葉等基底表面上，由此使得“繪制”電路一定程度上不再受到材質(zhì)的限制。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，這種方法制作的電路板導(dǎo)電性、可靠性非常不錯(cuò)。
要知道，印刷電路板能讓功能器件迷你化、直觀化，是電子工業(yè)的重要支撐，手機(jī)、電腦等和人們息息相關(guān)的電子設(shè)備都離不開(kāi)它。但其傳統(tǒng)的制造流程需要經(jīng)過(guò)電鍍、蝕刻等步驟，具有高能耗、高污染、耗時(shí)等缺點(diǎn)，而且很難適應(yīng)各種不加限制的表面。
但采用液態(tài)金屬噴墨電子打印方法，上述局限可得到良好克服。形象地說(shuō)，樹(shù)葉也可變身電路板，這就大大拓展了傳統(tǒng)電子工程學(xué)的范疇，為十分廣闊的電子電路應(yīng)用開(kāi)啟了新的可能。
這項(xiàng)成果實(shí)際上得益于長(zhǎng)期積累。早在10多年前，劉靜團(tuán)隊(duì)就圍繞國(guó)內(nèi)外均鮮為人知的室溫金屬流體研究打起了攻堅(jiān)戰(zhàn)。近年來(lái)，他們又提出了有望改變傳統(tǒng)電子電路制造規(guī)則的室溫液態(tài)金屬印刷電子學(xué)方法。
通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)、比對(duì)，他們成功配制了能在室溫下流動(dòng)的、以金屬鎵為主要成分的合金組合，并將其作為“墨水”用在了制作電路板方面，而在對(duì)應(yīng)的基底材料上則探索了多種材料的可打印性。
盡管印刷電子學(xué)已興起數(shù)年，但為了讓印上去的“墨水”導(dǎo)電，通常需要用導(dǎo)電聚合物，或是添加納米顆粒材料，借由高溫固化或特定化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
可以說(shuō)，液態(tài)金屬印刷電子學(xué)方法將印刷電子向前推進(jìn)了一大步。其基本主張便是：將液態(tài)金屬作為“墨水”，直接打印形成電路。
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