　　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(shí)、耗材、耗能，成本很高。劉靜說(shuō)：“這些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一直在探討，能否改變集成電路設(shè)計(jì)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(diǎn)。“我們實(shí)驗(yàn)室的重要貢獻(xiàn)在于，將室溫下可以流動(dòng)的金屬引入了印刷電子。”劉靜說(shuō)。這種所見(jiàn)即所得的電子直寫技術(shù)，被劉靜命名為dream-ink(夢(mèng)之墨)技術(shù)。

　　早在十余年前，劉靜就意識(shí)到液態(tài)金屬研究的科學(xué)意義和重大價(jià)值。所謂液態(tài)金屬，既可以是像水一樣的流體，也可以是固體;既是導(dǎo)體，也可以轉(zhuǎn)換成其他性質(zhì)材料。比如，液態(tài)金屬可以注射入人的身體里固化作為骨骼。在理想狀態(tài)下，即便人體內(nèi)極為脆弱的神經(jīng)斷了，未來(lái)科學(xué)家也可以應(yīng)用液態(tài)金屬把斷了的神經(jīng)連起來(lái)?？梢哉f(shuō)，液態(tài)金屬孕育著許多前瞻性、前沿性的應(yīng)用。

　　化解制造難題

　　研究過(guò)程中也遇到過(guò)不少障礙。研究組成員李海燕說(shuō)：“一開(kāi)始我們的想法是，將金屬流體直接寫在紙上。但在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，普通金屬流體是沒(méi)有辦法附著在紙上的，會(huì)像水銀液滴一樣來(lái)回滾動(dòng)。”

　　一年多前，該情況得以改變，因?yàn)閷W(xué)材料的高云霞博士加入了團(tuán)隊(duì)。她對(duì)材料加以改性，“經(jīng)過(guò)一次改性，常規(guī)領(lǐng)域使用到的界面黏附性問(wèn)題都解決了。”高云霞說(shuō)。

　　此前，美國(guó)科研人員通過(guò)兩種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沉積金屬件實(shí)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(dòng)。

　　但高云霞表示，用含銀的鹽進(jìn)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(duì)這種方式來(lái)說(shuō)，溫度越高導(dǎo)電率越好，但事實(shí)是，高溫對(duì)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(shuō)。而所見(jiàn)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)。

　　劉靜團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)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(kuò)展到更多工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域乃至日常生活中。

　　液態(tài)金屬研究的“潛修者”

　　早在1999年，時(shí)年30歲的劉靜就被中科院理化所作為“百人計(jì)劃”引進(jìn)所里，此后，他就開(kāi)始了相關(guān)領(lǐng)域的研究。

　　最終，科學(xué)之神慷慨地賜予了回報(bào)，給劉靜及其小組帶來(lái)了意外之喜——2013年秋，世界首臺(tái)電控的可變形液態(tài)金屬機(jī)器被他們首次發(fā)現(xiàn)。

　　在一次偶然的試驗(yàn)中，劉靜小組發(fā)現(xiàn)浸沒(méi)于水中的鎵基液態(tài)金屬對(duì)象，可以在極低電壓作用下呈現(xiàn)出大尺度變形、自旋、定向運(yùn)動(dòng)乃至在周圍流體中誘發(fā)出渦街等現(xiàn)象。較為獨(dú)特的是，一塊很大的金屬液膜可在數(shù)秒內(nèi)即收縮為單顆金屬液球，變形過(guò)程十分快速，而表面積改變幅度高達(dá)上千倍。

　　2015年3月，劉靜再次彰顯了中國(guó)科學(xué)家的原創(chuàng)實(shí)力——他和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了《仿生型自驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬軟體動(dòng)物》的論文。原來(lái)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，依靠進(jìn)食鋁，液態(tài)金屬球就可以實(shí)現(xiàn)自由運(yùn)動(dòng)，一小片鋁即可驅(qū)動(dòng)直徑約5毫米的液態(tài)金屬球?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)達(dá)1個(gè)多小時(shí)的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，速度高達(dá)每秒5厘米。這種柔性機(jī)器既可在自由空間運(yùn)動(dòng)，又能于各種結(jié)構(gòu)槽道中蜿蜒前行。

　　科研人員認(rèn)為，這種液態(tài)金屬機(jī)器的習(xí)性已相當(dāng)接近自然界一些簡(jiǎn)單的軟體生物(比如草履蟲(chóng))，因?yàn)樗?ldquo;吃”燃料，自身幾乎不消耗，可以自主運(yùn)動(dòng)，還能變形，具備一定的化學(xué)反應(yīng)，因此將其命名為“液態(tài)金屬軟體動(dòng)物”。這種液態(tài)金屬機(jī)器完全擺脫了龐雜的外部電力系統(tǒng)，從而向研制自主獨(dú)立的柔性智能機(jī)器邁出了關(guān)鍵的一步。

　　“未來(lái)的機(jī)器人，一定是高度靈活、智能、柔性化的。就像人一樣，必須有細(xì)胞、組織才能構(gòu)成皮膚，還需要血液、骨架、神經(jīng)等等，構(gòu)筑液態(tài)金屬機(jī)器的每一步都需要非常多的積累。當(dāng)然，我們一方面既要扎實(shí)推進(jìn)基礎(chǔ)研究，同時(shí)也會(huì)探索衍生的各種應(yīng)用，通過(guò)彼此交互來(lái)推進(jìn)液態(tài)金屬研究。”劉靜最后表示。

掃二維碼用手機(jī)看

上一個(gè): 人民日?qǐng)?bào)—探索像發(fā)現(xiàn)桃花源般美妙

下一個(gè): 中國(guó)日?qǐng)?bào)—液態(tài)金屬：一個(gè)全新工業(yè)正在我國(guó)崛起

上一個(gè): 人民日?qǐng)?bào)—探索像發(fā)現(xiàn)桃花源般美妙

下一個(gè): 中國(guó)日?qǐng)?bào)—液態(tài)金屬：一個(gè)全新工業(yè)正在我國(guó)崛起

技術(shù)成果