世界首台全自动液态金属个人电子电路打印机面世
2014-04-16 16:35:10.0 来源:OFweek电子工程网 责编:刘晓燕
- 摘要:
- 经数年时间从基础研究到应用层面的持续推进,由刘静研究员带领的中国科学院理化技术研究所科研团队在印刷电子学领域取得技术突破,研发出世界首台全自动液态金属个人电子电路打印机。
液态金属打印机的发明和问世,在技术理念上完全改变了传统模式,打破了个人电子制造的技术瓶颈和壁垒,使得在极低成本下快速、随意地制作电子电路成为现实。应用该设备,即使没有任何电子学经验的个人甚至孩童也能通过电脑操控,短时内即可直接打印出从网上订制的电路图案并制作出自己的终端功能器件,一定程度上实现了电子硬件的直接下载。
由液态金属打印机打印并制作出的模拟皓月当空下的中国万里长城电子图
在Scientific Reports这篇题为Personal Electronics Printing via Tapping Mode Composite Liquid Metal Ink Delivery and Adhesion Mechanism 的论文中,研究小组攻克了制约液态金属打印技术在通向实用化道路中的一系列关键科学与技术问题,首次建立了一种全新原理的室温液态金属打印方法,通过集合了上下敲击式进墨、旋转及平动输运、转印乃至压印黏附到基底等复合过程在内的流体输运方式,解决了金属墨水表面张力高难以通过常规方法平稳驱动的难题,其中的印刷失稳机理也得以初步揭示,所获得的高度均一的打印精度和质量,已能满足当前大多数印刷电路板(PCB)的要求。最为关键的是,这一电子电路打印机已具有很高的性价比,批量制造后其成本将处于个人可承受范围内,这预示着电子制造正在步入平民化进程。为展示这一全新技术在广泛领域的价值,研究小组还探明了液态金属电子打印机在近10个方向上的开拓性应用,如复杂大面积柔性PCB、电学传感器、电子艺术、电子装饰、电子化建筑设计、人物肖像、电路单元、电子贺卡、电子图案乃至功能电子器件等的即时打印和制作。这种立等可取的个性化电子制造模式除了将对传统电子工程学带来观念性变革外,也将为科学与艺术、人文、教育、文化创意等的交叉融合创造全新的机遇。
打印机针对中国古典名画《清明上河图》(左)打印出的电子图案(右)
以上成果的取得是理化所团队在长期实践中不断探索的结果。此前,为实现液态金属的全自动打印并发展具有普适意义的电子打印机,研究小组几乎穷尽了各种可能的打印原理如气压驱动、微接触印刷、丝网印刷、卷对卷印刷、热泡喷墨驱动、激光打印等,但所形成的机构或是无法驱动金属墨水,或是自动化程度不高,或是整套打印设备成本过于高昂而无法进入千家万户。正是基于对液态金属驱动机理的系统探索和反复尝试,融合了轻敲、旋转、压印等输运机理在内的复合式液态金属打印方法得以建立。
由液态金属打印机打印出的电子图腾装饰艺术图案
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