電路板上的“舞蹈”：世界首臺全自動液態金屬打印機
《清明上河圖》、萬里長城、美國國會大廈等縱橫交錯、異常復雜的電路圖呈現在一張張透明的膠片上，很難想象一張電路圖居然也可以如此藝術。
你是否想過自己動手“造”一臺個性化電腦、一張音樂賀卡或是設計制造一塊特殊電路板？不久前，中科院理化技術研究所研制的世界首臺全自動液態金屬個人電子電路打印機，或許能幫你實現夢想。
舞動的“精靈”
在中科院理化技術研究所低溫生物與醫學實驗室，記者看到的這臺“新概念”打印機頗有些“其貌不揚”，外觀呈長方體，透亮的黑色塑料材質倒是給它增添了幾分精神。不過，這個貌不驚人的家伙其實很“內秀”。
在它的身旁，《清明上河圖》、萬里長城、美國國會大廈等各種縱橫交錯、異常復雜的電路圖呈現在一張張透明的膠片上，很難想象一張電路圖居然也可以如此藝術。而這些精致的電路圖就都出自其手。
“只要在電腦上輕觸設計好的電路圖，它就可以像舞動的‘精靈’一樣，把電路圖打印在透明膠片上，等金屬液凝固或封裝后，你夢想的電路就會變成現實。”該實驗室主任、液態金屬打印機的發明者劉靜形象地向《中國科學報》記者介紹。
隨時隨地實現電子電路的直接打印是全球科學界與工業界的夢想，但受限于技術瓶頸，迄今為止大多數電子電路制造只能在設備齊全的大工廠進行。而這臺打印機的發明和問世，將顛覆人們對傳統制造的認知，開啟全新的電子電路制造模式。
“只要給打印出的各種電路圖加上幾個IC，通電后就可以直接使用。”課題組的研究生楊俊拿來一塊打印好的巴掌大小的電路圖，只見上面接了幾個小芯片和幾根電線，就構成了一個簡易的調頻收音機。
一反傳統電子電路制造耗時、耗材、耗能等特點，劉靜說，這種打印機十幾分鐘就可以完成傳統上程序煩瑣的工作，使低成本、快速、個性化電子電路制作成為現實。正因如此，這臺打印機相關的部分基礎研究成果不久前在自然出版集團旗下期刊《科學報告》發表。
“瓜熟蒂落”源于積累
事實上，這并非劉靜課題組制作出的第一臺液態金屬打印機。一年前，劉靜所帶領的團隊就因為發明了可在任意表面制造電路的液態金屬噴墨電子打印機而轟動一時。
“與上次不同的是，這臺機器的最大特點是全自動化，即使沒有任何電子學經驗的人甚至孩童也能通過電腦操控它。”劉靜說。這臺極具普適性和基礎性的電子制造工具承載著劉靜等人多年的技術創新積淀。
很多看過這些銀光閃閃、宛若游龍的電路圖的人都誤以為這些電路材料只是普通的“銀漿”，但其實這些合金線路的導電性卻是傳統銀漿的100倍，且彎折后不會出現傳統電子墨水那樣的斷路問題。
為了得到室溫下可以流動且具有良好黏附性的金屬，課題組窮盡了各種辦法，最終找到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。由此，劉靜和課題組走出了全球液態金屬打印的第一步，他們給這項技術起了一個富有詩意的名字——“夢之墨”；而此后研制出的液態金屬打印機也被冠以“夢之墨”打印機之稱。
然而，新的問題又接踵而至。如何讓黏度高、表面張力大的液態金屬從筆中流出來？如何讓到處滾動的金屬液滴在基底材料上牢固黏著？對此，課題組又展開了新一輪的攻關。最終，他們通過大氣擠壓、撞擊以及對流體實施改性等方式悉數解決了以上問題。
做“完美”科學
“能做出這樣的機器，一定要有前瞻性的眼光，劉老師的想法一直都很超前。”該論文第一作者、頗有些靦腆的研究生鄭義對記者說。
其實，在劉靜心中有個關于“完美科學”的定義。它有兩個條件，即發現新知識、創造新技術。在他看來，前沿研究與應用實踐兩者相輔相成，前者是創新的基石，否則單一急功近利地追求眼前的應用，這樣的科學發展“不會旺盛”。
而“夢之墨”打印機正是基礎研究與應用探索的完美結合。業界認為，它已經打開了個人電子電路制作的大門，完成了私人電路定制從無到有的過程，是引領集成電路產業轉型的革命性技術。
它可以應用于教育、科研、軍事等各類軍民用電路制作領域，還可以讓私人電路定制真正走入尋常百姓家。如打印出無線心電測量器件，給心電信號以及生物電阻抗等生理參數的測量提供方便。同時，它還可以推動電路設計、終端功能器件制作等相關產業大力發展。
劉靜表示，課題組將進一步開發新的應用，如研制更多的液態金屬功能墨水以及基底打印材料；在工藝上實現從單層板到多層板的層疊打印，乃至結合P形、N性半導體墨水材料進行復合式全電子元件打印；終極目標是實現全部集成電路的直接打印。
該文章轉載于：百能網
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