制作一個有特殊光電顯示效果的杯子，杯身上需要印制彎彎曲曲的電路，這在以往是需要費上九牛二虎之力、投入復雜工藝才能完成的事情。現在變得簡單多了，用戶只需利用特殊的電子筆直接將所需電路繪制上去并予以封裝即可。技術的關鍵在于采用液態金屬做墨水，來繪制或印刷電路。由中科院理化研究所研究員、清華大學教授劉靜帶領的團隊，在印刷電子學領域取得了突破性進展。
夢之墨實現技術突破
早在10余年前，劉靜就意識到液態金屬研究的重大價值，帶領團隊開展了相應基礎與應用探索。通過多年的積累，先后取得了一系列首創性成果，如用于高性能計算機的室溫金屬流體芯片冷卻技術等。近年來，劉靜帶領團隊從基礎原理到樣機研制乃至產業化推進，著手開拓液態金屬在印刷電子行業的應用。
實現將金屬流體直接寫在塑料、紙張等基底上，是解決電子制造問題的關鍵。“我們一開始嘗試的時候，液態金屬墨水一旦寫到基底上就會團聚到一起，后來發現，原因在于材料與基底之間的相互作用。這一度成為十分難以解決的問題。”劉靜告訴記者。技術上遇到的障礙唯有通過厚積薄發才能掃除。經過反復嘗試，團隊成員對材料進行了一次次改性，所遇到的界面黏附性問題最終得以成功解決。有意思的是，這一液態金屬電子直寫技術（direct writing of electronics through alloy and metal ink）的英文縮寫后被命名為夢之墨（dream-ink），在很大程度上反映了業界對這種技術的夢寐以求。
基于納米材料、石墨烯等的傳統電子油墨存在配制工藝復雜、電阻率高等缺憾。夢之墨技術則在常溫下即可直接印制出各種薄膜乃至三維結構。“目前，技術瓶頸得到了一定程度的克服，接下來圍繞這種印刷電子如何解決生活中的問題，并將其與大眾的生活和工作關聯起來，乃至輻射到相關行業，是實驗室正在著手突破的問題。”劉靜表示。
電路也可個人定制印刷
夢之墨為個人電路設計帶來了全新機會。傳統印刷電子行業主要服務于有大批量制作需求的客戶，個人用戶一般難以承受較高的成本，個性化定制需求不易滿足。實現了“所見即所得”的夢之墨技術為個人用戶帶來諸多好處。“試想，設計電路時，在平板上用直尺一畫、一封裝就制作出所需電路，這樣的工具一旦擴展下去，對于開設電子工程專業的學校以及工業設計來說，無疑會帶來較大的便利。”劉靜說。
傳統的電子制造過程往往是一個耗材、耗能及耗水的繁瑣過程。如今，夢之墨技術的發明，讓個性化制造印刷電路成為可能。為進一步讓夢想照進現實，劉靜和他的團隊前期研制出了功能電子電路桌面式3d打印系統原型機，已能實現室溫下直接生成紙基功能電子電路。這樣的設備不僅有利于傳統印刷包裝領域實現即時電子制造，也能幫助更廣泛領域的用戶實現個性定制。“可以預計的是，今后普通用戶或家庭書桌旁邊均有望擁有一臺電子打印設備，而研發人員可以根據這種設備設計出用戶軟件，如同當前在蘋果商店里下載的app一樣。但不同的是，用戶下載到所需電子電路圖后，可以利用液態金屬打印機自行打印出自己的器件來，從而使得制造電子設備變成人人都能做到的事情。”劉靜如是暢想道。為推進技術的發展和應用，他正帶領團隊著力實現打印機的全自動化和低成本化。
未來應用前景廣闊
“對于傳統行業會帶來變革，對于新領域的影響會更加廣泛。”劉靜認為夢之墨未來的應用前景十分廣闊。
劉靜表示，從近期看，柔性印刷電路是一個很大的行業，夢之墨在個性化、快速制造等方面有成長空間，個人電子制造得到發揮之余，教育、創意領域的個性化需求也都能得到滿足。從中期看，夢之墨及相關技術可用于制作更加復雜的電子電路，同時通過與一些關聯技術結合，可為關鍵領域的突破提供力量。從長期來看，未來可充分發展多墨水打印技術并不斷提升制造精度，實現微米量級、納米量級的打印，以及基材和電子電路同步打印，用戶得到的將是一個完整的功能電子器件。
印刷電子的應用領域極為廣闊，可以預見的是，夢之墨技術在電子信息、能源和醫療健康技術等領域的應用，將會不斷促成一系列開拓性成果的取得。


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