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中科院理化所研制首臺全自動液態(tài)金屬電路打印機

發(fā)布:cyqdesign 2014-05-16 09:34 閱讀:8535

經數年時間從基礎研究到應用層面的持續(xù)推進,由劉靜研究員帶領的中國科學院理化技術研究所科研團隊在印刷電子學領域取得技術突破,研發(fā)出世界首臺全自動液態(tài)金屬個人電子電路打印機。其中,部分基礎成果于近日發(fā)表于Nature出版集團旗下期刊Scientific Reports上,論文作者為鄭義、何志祝、楊駿、劉靜。同時,集合團隊力量研發(fā)的面向個人終端用戶的打印設備也已完成設計和制造,即將進入市場,參與研發(fā)的主要人員還包括楊陽、陳柏煒、金海嵐、鄧中山等。

迄今為止,傳統(tǒng)電子電路的制造仍是一個耗時、耗材、耗能且會造成潛在環(huán)境污染的復雜工藝過程,大多只能在設備齊全、投資大的工廠進行。隨時隨地實現電子電路的直接打印是全球科學界與工業(yè)界的一個夢想,但存在巨大挑戰(zhàn),其中既有設備硬件的限制,也有來自高性能電子墨水的因素,更受到固有理論框架的制約。

液態(tài)金屬打印機的發(fā)明和問世,在技術理念上完全改變了傳統(tǒng)模式,打破了個人電子制造的技術瓶頸和壁壘,使得在極低成本下快速、隨意地制作電子電路成為現實。應用該設備,即使沒有任何電子學經驗的個人甚至孩童也能通過電腦操控,短時內即可直接打印出從網上訂制的電路圖案并制作出自己的終端功能器件,一定程度上實現了電子硬件的直接下載

Scientific Reports這篇題為Personal Electronics Printing via Tapping Mode Composite Liquid Metal Ink Delivery and Adhesion Mechanism 的論文中,研究小組攻克了制約液態(tài)金屬打印技術在通向實用化道路中的一系列關鍵科學與技術問題,首次建立了一種全新原理的室溫液態(tài)金屬打印方法,通過集合了上下敲擊式進墨、旋轉及平動輸運、轉印乃至壓印黏附到基底等復合過程在內的流體輸運方式,解決了金屬墨水表面張力高難以通過常規(guī)方法平穩(wěn)驅動的難題,其中的印刷失穩(wěn)機理也得以初步揭示,所獲得的高度均一的打印精度和質量,已能滿足當前大多數印刷電路板(PCB)的要求。最為關鍵的是,這一電子電路打印機已具有很高的性價比,批量制造后其成本將處于個人可承受范圍內,這預示著電子制造正在步入平民化進程。為展示這一全新技術在廣泛領域的價值,研究小組還探明了液態(tài)金屬電子打印機在近10個方向上的開拓性應用,如復雜大面積柔性PCB、電學傳感器、電子藝術、電子裝飾、電子化建筑設計、人物肖像、電路單元、電子賀卡、電子圖案乃至功能電子器件等的即時打印和制作。這種立等可取的個性化電子制造模式除了將對傳統(tǒng)電子工程學帶來觀念性變革外,也將為科學與藝術、人文、教育、文化創(chuàng)意等的交叉融合創(chuàng)造全新的機遇。

以上成果的取得是理化所團隊在長期實踐中不斷探索的結果。此前,為實現液態(tài)金屬的全自動打印并發(fā)展具有普適意義的電子打印機,研究小組幾乎窮盡了各種可能的打印原理如氣壓驅動、微接觸印刷、絲網印刷、卷對卷印刷、熱泡噴墨驅動、激光打印等,但所形成的機構或是無法驅動金屬墨水,或是自動化程度不高,或是整套打印設備成本過于高昂而無法進入千家萬戶。正是基于對液態(tài)金屬驅動機理的系統(tǒng)探索和反復嘗試,融合了輕敲、旋轉、壓印等輸運機理在內的復合式液態(tài)金屬打印方法得以建立。

液態(tài)金屬印刷電子學是嶄新的學科前沿,由劉靜集合10余年來在液態(tài)金屬領域的長期積累于國內外首次提出。為建立相應的理論與制造技術體系,團隊圍繞這一領域的基礎和應用問題開展了大量深入細致的探索。2013年取得了一系列代表性工作:紙上印刷電路及液態(tài)金屬3D打印技術、“夢之墨”技術、皮膚電路直接繪制技術、可植入式醫(yī)療電子在體3D打印、液態(tài)金屬電子手寫筆以及可在任意表面制造電路的霧化打印方法等,這些技術均因其開拓性在國際上產生較大反響,相繼為眾多知名科學媒體或刊物如MIT Technology Review, Chemistry World, Nature Asia, IEEE Spectrum, National Geographic Daily News, CCTV,《中國科學報》、《人民日報》等廣泛評介,相應技術還受到眾多國際、國內知名電子制造商的青睞。為適應未來對金屬墨水日益增長的需求,研究小組還原創(chuàng)性地提出了旨在發(fā)現系列新型功能電子墨水的液態(tài)金屬材料基因組研究計劃,以推動這一領域的發(fā)展。

此次實用化全自動液態(tài)金屬打印機的成功研制,開啟了全新的電子電路制造模式。相應技術易于普及到家庭、辦公室、學校、工廠乃至工業(yè)設計、藝術探索、文化創(chuàng)意等應用領域,是極具普適性和基礎性的電子制造工具。

論文鏈接

液態(tài)金屬打印機原理視頻
液態(tài)金屬個人電子電路打印機外觀、設計圖及其復合式墨水驅動機理流場模擬情況
由液態(tài)金屬打印機打印并制作的柔性電路板及帶光電功能的圣誕電子賀卡
由液態(tài)金屬打印機打印并制作出的模擬皓月當空下的中國萬里長城電子圖
打印機針對中國古典名畫《清明上河圖》(左)打印出的電子圖案(右)
由液態(tài)金屬打印機打印出的電子圖騰裝飾藝術圖案
打印機打印出的電子化建筑結構圖案(左:北京天壇;右:華盛頓白宮)
利用液態(tài)金屬打印機在柔性基底上打印后即時制作的透明電子裝飾圖案或電子賀卡

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最新評論

望帝春心 2014-05-16 20:58
我來簽到啦!
莊生曉夢 2014-05-16 20:58
我來簽到啦!
hlb973123 2014-05-16 21:28
好漂亮啊
筱筱寒 2014-05-16 23:11
做任務啦。。。
20100030215 2014-05-16 23:15
學習下謝謝
mtiger2008 2014-05-17 00:39
厲害啊!很實用!
wfn129 2014-05-17 00:53
中科院理化所研制首臺全自動液態(tài)金屬電路打印機
tassy 2014-05-17 00:57
《清明上河圖》要是平民化的話,估計又讓古典名畫市場變動了
sapphire85 2014-05-17 01:24
很好奇它的打印速度……
manstruggle 2014-05-17 07:16
厲害的
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