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《中國科學報》報道液態金屬電子電路直寫技術
- 分類：公司新聞
- 作者：
- 來源：
- 發布時間：2022-09-02 14:25
【概要描述】近日，由劉靜帶領的理化所與清華大學聯合小組在印刷電子學領域取得了突破性進展，令在各種柔性或硬質材料表面直接手寫電子器件成為現實。相關研究文章發表在美國《科學公共圖書館·綜合》以及《應用物理快報》上。
《中國科學報》報道液態金屬電子電路直寫技術
【概要描述】近日，由劉靜帶領的理化所與清華大學聯合小組在印刷電子學領域取得了突破性進展，令在各種柔性或硬質材料表面直接手寫電子器件成為現實。相關研究文章發表在美國《科學公共圖書館·綜合》以及《應用物理快報》上。
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夢之墨打造“馬良神筆”金屬流體改變集成電路制造規則
家里的一根電路斷了，不需要找專業的電工上門修理，只需用筆畫一下，就完成了接駁;《哈利·波特》中的《預言家日報》出現在現實生活中指日可待，屆時，報紙上不再只是靜態的圖片和文字。
這樣的神奇故事并非來自科學幻想或影視作品，它們即將成為現實。而為此帶來新希望的，是身兼中科院理化所研究員及清華大學教授的劉靜博士。
近日，由劉靜帶領的理化所與清華大學聯合小組在印刷電子學領域取得了突破性進展，令在各種柔性或硬質材料表面直接手寫電子器件成為現實。相關研究文章發表在美國《科學公共圖書館·綜合》以及《應用物理快報》上。
“液態金屬DREAM-Ink打開的是個人電子設計大門，不久的將來，它還可望改寫電子產業的傳統模式。”劉靜對《中國科學報》記者說。
實現關鍵突破
傳統的電子器件印刷工序通常較為復雜，易污染環境，且耗時、耗材、耗能，成本很高。對此，劉靜說：“這些年來，國內外一直在探討，能否改變集成電路設計制造的游戲規則，就像寫字或繪畫一樣，將電路及電子器件直接寫在基底上。”
然而，高性能墨水的欠缺一直是產業發展的短板。
常規的導電油墨，包括新近出現的基于納米金/銀/銅以及碳納米管、石墨烯等的電子油墨，仍存在配制工藝復雜、電阻率高、器件成型固化溫度高等缺點。
“我們實驗室的重要貢獻在于，將室溫下可以流動的金屬引入了印刷電子。”劉靜說。這種所見即所得的電子直寫技術，被劉靜命名為DREAM-Ink(夢之墨)技術。
早在十余年前，劉靜就意識到液態金屬研究的科學意義和重大價值，帶領團隊開展了相應的基礎與應用探索，并先后取得一系列首創性成果，如用于高性能計算機的室溫金屬流體芯片冷卻技術等。如今，在室溫金屬流體研究漸成國際重大科技前沿和熱點時，劉靜團隊已獲得近50項專利技術，為我國相關產業的發展奠定了關鍵基礎;他們發表的數十篇學術論著，占到了當前國際上本領域文獻的絕大部分，引領優勢顯著。
在印刷電子領域的應用，利用金屬流體實現電路直寫正是該團隊長期積累的結果。
化解制造難題
研究過程中也遇到過不少障礙。博士生李海燕說：“一開始我們的想法是，將金屬流體直接寫在紙上。但在實際操作中發現，普通金屬流體是沒有辦法附著在紙上的，會像水銀液滴一樣來回滾動。”
一年多前，該情況得以改變，因為學材料的高云霞博士加入了團隊。她對材料加以改性，“經過一次改性，常規領域使用到的界面黏附性問題都解決了。”高云霞說。
就在前不久，美國科研人員通過兩種物質發生化學反應，沉積金屬件實現了柔性材料上的電子功能。相關論文在全世界引起了很大轟動。
但高云霞表示，用含銀的鹽進行化學反應，可以沉積成銀導線，附著在柔性基底上。“對這種方式來說，溫度越高導電率越好，但事實是，高溫對柔性材料是很不利的因素，其技術適用性限制很大。”高云霞說。 而所見即所得的DREAM-Ink技術則避免了上述困難，在常溫下即可直接印制各種薄膜乃至三維結構。
改寫產業未來
業內專家介紹，可在各種基底上直接制作電子器件的直寫式印刷方法，有望重塑集成電路產業。在實驗室里，記者看到了研究小組利用DREAM-Ink技術制成的透明導電薄膜、天線和RFID元件等。看起來只是在不同基底上用筆畫了幾道，但是它們已展示出顯著的實用性。
以生物醫學應用為例，在測量對象體表靠近心臟部位涂覆相應的金屬墨水，可以形成適形化電極，給心電信號以及生物電阻抗等生理參數的測量帶來較大方便。
但劉靜更多強調的是，DREAM-Ink將打開個人電子設計大門。屆時，紙張不再只是文字的載體，還能集成諸多電子元件。這可能引申出電子器件個性化設計潮流——印制有液態金屬薄膜的電子服裝在陽光下可隨時發電;建筑墻體或玻璃表面可以DIY方式直接涂覆上金屬墨水及相關材料，作為LED甚至太陽能電池，以作為裝飾品或用以捕獲光能的器件。
劉靜團隊的下一個目標是研制出更多常溫下的液態金屬墨水，用以滿足各種特定功能電子器件，如生物醫學傳感器、3D天線、薄膜晶體管等，從而將這一方法擴展到更多工業和商業領域乃至日常生活中。
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