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科研进展

《液态金属印刷电子学》与《液态金属3D打印技术》系列著作及产业报告出版

稿件来源:低温生物与医学实验室 发布时间:2019-01-07

近日,中科院理化所与清华大学联合研究组在液态金属先进制造领域出版了两部前沿学术著作:《液态金属印刷电子学》、《液态金属3D打印技术:原理及应用》(上海科学技术出版社,2019);此前,由团队与云南科威液态金属谷研发中心联合推出的产业研究报告《一个全新工业的崛起:中国液态金属工业发展战略研究报告》(云南科技出版社,2018)也于近期面世。这几部历时数年完成的著作,在国内外均属首次出版,填补了学术文献及产业研究空白,初步构建了相应的理论、技术与工业应用体系,一定程度上探明了新兴的液态金属产业发展路径。

众所周知,电子器件是现代文明的基石。传统的电子制造工艺繁多,涉及从基底材料制备,到形成互连所需的薄膜沉积、刻蚀、封装等环节,需消耗大量原料、水、气及能源。为改变这一现状,理化所团队于国内外首次提出了不同于传统的液态金属印刷电子学思想,研发出一系列全新装备,由此可通过印刷的方式在各种柔性或刚性基材上直接制造出目标电路、元器件、集成电路乃至终端功能器件,相应突破被认为有望改变传统电子及集成电路制造规则。其“所见即所得”的电子直写模式为发展普惠型电子应用提供了变革性工具,促成了新兴电子工程学的出现,将加速个性化电子制造时代的到来。为推动这一领域的持续发展,此次出版的《液态金属印刷电子学》系统阐述了液态金属印刷电子学的基本理论与技术体系,涉及液态金属功能电子墨水的制备方法,以及一系列可适应从一维、二维到任意固体材质表面的液态金属电子打印方法、装备及典型的应用问题等方面。

此外,在长期对低熔点液态金属3D打印的探索和实践过程中,理化所团队还先后提出一系列崭新的学术概念和技术,包括液相3D打印、金属/非金属复合3D打印、低熔点金属熔融沉积打印、悬浮3D打印、生物在体注射式3D打印、腐蚀打印、立体电路喷墨打印、液态金属终端功能器件广义性3D打印等。《液态金属3D打印技术原理及应用》的出版,系统构建了液态金属3D打印技术体系,总结了液态金属作为打印材料所具有的性能特点和独特优势,讲解了典型的液态金属3D打印方法及应用,并展望了未来发展方向。当前,全球在液态金属增材制造领域的研究已然风生水起,展示出一个极具活力和发展前景的新兴科技前沿。以低熔点液态金属为成型材料的3D打印技术,突破了传统金属材料的形状和高温限制,实现了常温下功能器件的完整制造,有助于发挥3D打印技术在智能生产和灵巧制造领域的作用,继而促成生产方式的变革。

增材制造已被普遍认为是“第三次工业革命”的重要引擎,为世界各国密集重视。液态金属印刷电子学与室温3D金属打印方法的建立,使得个性化功能器件的快速制造成为可能。正因如此,理化所与清华团队的有关成果报道后频繁引发业界广泛重视,先后被众多国际知名科学杂志或专业网站如MIT Technology Review、IEEE Spectrum、ASME Today、Discover、Phys.org、Chemistry World、Fox News、Geek、 Asian Scientist、CCTV等专题评介,被认为打开了极为广阔的应用领域。团队发明并研制的有关装备先后入选美国《大众科学》(中文版) 2016年T100创新奖,2015中关村十大科技创新成果;入围美国科技界奥斯卡奖2015 R&D 100 Finalist(全球200名);入围2014两院院士评选中国十大科技进展新闻(全国20名),中国工程院为此专门致函称赞:“成果对该领域工程科技发展将起到巨大的推动作用”。

值得指出的是,液态金属的应用并不仅限于上述领域,还可为先进能源、机器人、电子信息、国防安全,以及生物医疗健康等领域的发展带来颠覆性变革,正促成一个全新工业的发展。正是基于对这些态势的清晰理解和深刻把握,近年来理化所、清华与云南液态金属研发团队组建了产业研究小组,经数年时间努力,逐步将调研整理的成果汇集成深入的分析报告,形成了这部《一个全新工业的崛起:中国液态金属工业发展战略研究报告》。相应努力初步探明了打造液态金属产业集群的具体实施内容和推进路径。该报告阐述了液态金属谷的经营模式、发展原则和产业规划,并从液态金属材料、印刷电子、消费电子、液态金属3D/4D打印、云平台、液态金属文化创意、医疗健康产业、液态金属热控产业、能源利用、液态金属微流控技术、液态金属柔性智能机器、液态金属回收等不同领域进行了总结,并提出了若干产业政策建议和发展策略。

近期,全球范围内围绕液态金属的研究基本进入高潮,这可以从众多实验室的纷纷涌入和大量论文在短时间内的爆发看出。然而,与国际上业已出现的如火如荼态势相比,国内进入这一新兴领域的研发团队和企业还十分有限。为此,此次系列著作的出版是及时而有重要现实意义的,将有助于推动全国乃至国际液态金属科技与工业领域更好更快发展。

上述研究先后得到中国科学院、北京市科委、云南省科委及国家自然科学基金等项目资助。 

图1. 由上海科学技术出版社出版的《液态金属印刷电子学》著作

图2. 由上海科学技术出版社出版的《液态金属3D打印技术原理及应用》著作

图3. 由云南科技出版社出版的《中国液态金属工业发展战略研究报告》

 

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