液態金屬噴墨電子打印技術：可在任意表面繪制電路
2013-12-10 09:42 來源：中國科學報 責編：江佳
- 摘要：
- 帶著好奇，記者于12月3日來到這一技術的誕生地——中國科學院理化技術研究所（以下簡稱“理化所”）低溫生物與醫學實驗室，看到了一系列在不同材質基底上由銀色液體構成的電路圖案。
【CPP114】訊：試想，在無論是光滑、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是一種什么情形？最近，我國科學家圍繞普適電子打印技術取得的一項重要進展，經麻省理工學院《技術評論》報道后，在國際上引起較大反響。
帶著好奇，記者于12月3日來到這一技術的誕生地——中國科學院理化技術研究所（以下簡稱“理化所”）低溫生物與醫學實驗室，看到了一系列在不同材質基底上由銀色液體構成的電路圖案。
這可不是藝術創作。當工作人員將一小塊led燈嵌入到圖案上，再連接電池之后，led燈明亮起來。這塊隨意“畫”出的電路板，得益于該實驗室負責人劉靜及其團隊的創新成果——液態金屬噴墨電子打印技術。最近，他們正在研發計算機控制下的可在各種表面上繪制電路的3d打印系統，試圖讓這一技術更加親民。
“液態金屬噴墨”推進普適電子打印
“我們的這項研究最初公布在物理學預印本網站arxiv上，正式論文將發表于美國《應用物理學雜志》，”劉靜說。
這種電子打印方式引入了氣流控制下的液態金屬噴墨原理，金屬微滴表層在飛行過程中完成氧化，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的限制。經過反復測試，這種方法制作的電路板導電性、可靠性非常不錯。
要知道，印刷電路板能讓功能器件迷你化、直觀化，是電子工業的重要支撐，手機、電腦等和人們息息相關的電子設備都離不開它。但其傳統的制造流程需要經過電鍍、蝕刻等步驟，具有高能耗、高污染、耗時等缺點，而且很難適應各種不加限制的表面。
但采用液態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，樹葉也可變身電路板，這就大大拓展了傳統電子工程學的范疇，為十分廣闊的電子電路應用開啟了新的可能。
這項成果實際上得益于長期積累。早在10多年前，劉靜團隊就圍繞國內外均鮮為人知的室溫金屬流體研究打起了攻堅戰。近年來，他們又提出了有望改變傳統電子電路制造規則的室溫液態金屬印刷電子學方法。
通過反復試驗、比對，他們成功配制了能在室溫下流動的、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，而在對應的基底材料上則探索了多種材料的可打印性。
盡管印刷電子學已興起數年，但為了讓印上去的“墨水”導電，通常需要用導電聚合物，或是添加納米顆粒材料，借由高溫固化或特定化學反應來實現。
可以說，液態金屬印刷電子學方法將印刷電子向前推進了一大步。其基本主張便是：將液態金屬作為“墨水”，直接打印形成電路。
帶著好奇，記者于12月3日來到這一技術的誕生地——中國科學院理化技術研究所（以下簡稱“理化所”）低溫生物與醫學實驗室，看到了一系列在不同材質基底上由銀色液體構成的電路圖案。
這可不是藝術創作。當工作人員將一小塊led燈嵌入到圖案上，再連接電池之后，led燈明亮起來。這塊隨意“畫”出的電路板，得益于該實驗室負責人劉靜及其團隊的創新成果——液態金屬噴墨電子打印技術。最近，他們正在研發計算機控制下的可在各種表面上繪制電路的3d打印系統，試圖讓這一技術更加親民。
“液態金屬噴墨”推進普適電子打印
“我們的這項研究最初公布在物理學預印本網站arxiv上，正式論文將發表于美國《應用物理學雜志》，”劉靜說。
這種電子打印方式引入了氣流控制下的液態金屬噴墨原理，金屬微滴表層在飛行過程中完成氧化，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的限制。經過反復測試，這種方法制作的電路板導電性、可靠性非常不錯。
要知道，印刷電路板能讓功能器件迷你化、直觀化，是電子工業的重要支撐，手機、電腦等和人們息息相關的電子設備都離不開它。但其傳統的制造流程需要經過電鍍、蝕刻等步驟，具有高能耗、高污染、耗時等缺點，而且很難適應各種不加限制的表面。
但采用液態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，樹葉也可變身電路板，這就大大拓展了傳統電子工程學的范疇，為十分廣闊的電子電路應用開啟了新的可能。
這項成果實際上得益于長期積累。早在10多年前，劉靜團隊就圍繞國內外均鮮為人知的室溫金屬流體研究打起了攻堅戰。近年來，他們又提出了有望改變傳統電子電路制造規則的室溫液態金屬印刷電子學方法。
通過反復試驗、比對，他們成功配制了能在室溫下流動的、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，而在對應的基底材料上則探索了多種材料的可打印性。
盡管印刷電子學已興起數年，但為了讓印上去的“墨水”導電，通常需要用導電聚合物，或是添加納米顆粒材料，借由高溫固化或特定化學反應來實現。
可以說，液態金屬印刷電子學方法將印刷電子向前推進了一大步。其基本主張便是：將液態金屬作為“墨水”，直接打印形成電路。
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