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《中國科學(xué)報》報道液態(tài)金屬電子電路直寫技術(shù)

分類：公司新聞
作者：
來源：
發(fā)布時間：2022-09-02 14:25

【概要描述】近日，由劉靜帶領(lǐng)的理化所與清華大學(xué)聯(lián)合小組在印刷電子學(xué)領(lǐng)域取得了突破性進展，令在各種柔性或硬質(zhì)材料表面直接手寫電子器件成為現(xiàn)實。相關(guān)研究文章發(fā)表在美國《科學(xué)公共圖書館·綜合》以及《應(yīng)用物理快報》上。

《中國科學(xué)報》報道液態(tài)金屬電子電路直寫技術(shù)

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發(fā)布時間：2022-09-02 14:25
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詳情

　　夢之墨打造“馬良神筆”金屬流體改變集成電路制造規(guī)則

　　家里的一根電路斷了，不需要找專業(yè)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(yù)言家日報》出現(xiàn)在現(xiàn)實生活中指日可待，屆時，報紙上不再只是靜態(tài)的圖片和文字。

　　這樣的神奇故事并非來自科學(xué)幻想或影視作品，它們即將成為現(xiàn)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(xué)教授的劉靜博士。

　　近日，由劉靜帶領(lǐng)的理化所與清華大學(xué)聯(lián)合小組在印刷電子學(xué)領(lǐng)域取得了突破性進展，令在各種柔性或硬質(zhì)材料表面直接手寫電子器件成為現(xiàn)實。相關(guān)研究文章發(fā)表在美國《科學(xué)公共圖書館·綜合》以及《應(yīng)用物理快報》上。

　　“液態(tài)金屬DREAM-Ink打開的是個人電子設(shè)計大門，不久的將來，它還可望改寫電子產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)模式。”劉靜對《中國科學(xué)報》記者說。

　　實現(xiàn)關(guān)鍵突破

　　傳統(tǒng)的電子器件印刷工序通常較為復(fù)雜，易污染環(huán)境，且耗時、耗材、耗能，成本很高。對此，劉靜說：“這些年來，國內(nèi)外一直在探討，能否改變集成電路設(shè)計制造的游戲規(guī)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板。

　　常規(guī)的導(dǎo)電油墨，包括新近出現(xiàn)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(fù)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(shù)，被劉靜命名為DREAM-Ink(夢之墨)技術(shù)。

　　早在十余年前，劉靜就意識到液態(tài)金屬研究的科學(xué)意義和重大價值，帶領(lǐng)團隊開展了相應(yīng)的基礎(chǔ)與應(yīng)用探索，并先后取得一系列首創(chuàng)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(shù)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(shù)，為我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ);他們發(fā)表的數(shù)十篇學(xué)術(shù)論著，占到了當(dāng)前國際上本領(lǐng)域文獻的絕大部分，引領(lǐng)優(yōu)勢顯著。

　　在印刷電子領(lǐng)域的應(yīng)用，利用金屬流體實現(xiàn)電路直寫正是該團隊長期積累的結(jié)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(fā)現(xiàn)，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(xué)材料的高云霞博士加入了團隊。她對材料加以改性，“經(jīng)過一次改性，常規(guī)領(lǐng)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(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沉積金屬件實現(xiàn)了柔性材料上的電子功能。相關(guān)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(xué)反應(yīng)，可以沉積成銀導(dǎo)線，附著在柔性基底上。“對這種方式來說，溫度越高導(dǎo)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(shù)適用性限制很大。”高云霞說。而所見即所得的DREAM-Ink技術(shù)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(jié)構(gòu)。

　　改寫產(chǎn)業(yè)未來

　　業(yè)內(nèi)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(chǎn)業(yè)。在實驗室里，記者看到了研究小組利用DREAM-Ink技術(shù)制成的透明導(dǎo)電薄膜、天線和RFID元件等?？雌饋碇皇窃诓煌咨嫌霉P畫了幾道，但是它們已展示出顯著的實用性。

　　以生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用為例，在測量對象體表靠近心臟部位涂覆相應(yīng)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(shù)的測量帶來較大方便。

　　但劉靜更多強調(diào)的是，DREAM-Ink將打開個人電子設(shè)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(shè)計潮流——印制有液態(tài)金屬薄膜的電子服裝在陽光下可隨時發(fā)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(guān)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(biāo)是研制出更多常溫下的液態(tài)金屬墨水，用以滿足各種特定功能電子器件，如生物醫(yī)學(xué)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(yè)和商業(yè)領(lǐng)域乃至日常生活中。