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让孩子像画画一样 制造电路板
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梦之墨:
让孩子像画画一样 制造电路板

 

金属光泽、流动液态、超强能量……提起这些,不少人的第一反应可能就是电影《终结者》系列中的机器人T1000。这个影片中的大反派,能在通过铁栅栏的时候把部分身体变成液态,然后悄无声息地潜入任何地方,而且还可以随意变形,中弹之后也能够立刻恢复原状。如今,这些被影迷奉为经典的科幻故事,有可能成为现实了。

现场:柔性塑料上打印电路板

近日,在位于中关村的太库北京孵化器,记者就见到了一台神奇的液态金属3D打印机。它的外形,虽然与普通打印机没有明显区别,但实际上,它使用的“墨水”却是液态金属。

“液态金属是指在常温常压下像水一样呈液态的金属。根据我们现在的研究成果,液态金属一个很重要的用途就是电子电路的增材制造,简单来说就是打印电路板。”北京梦之墨科技有限公司研发负责人于洋介绍说,传统的电路板是硬质的,而且制作周期较长,但是液态金属打印却可以实现在基底表面上的增材制造。“需要什么样的电路,直接‘画’上去、打印就行,传统的7至8道工序,一下子被缩短至2至3道,快速灵活。”

就在负责人介绍的间隙,一个小小的电路已经被打印了出来,而且打印在了一个透明的塑料片上,拿在手里,很容易来回弯折。“这种液态金属3D打印机在技术理念上完全改变了传统模式,打破了个人电子制造技术的瓶颈和壁垒,使打印机在低成本下快速、随意地制作电子电路。液体金属打印技术能够很好地解决传统制造方法的问题,把电路直接‘画’出来,不用再经过蚀刻、蒸镀这些高能耗的过程。”于洋表示。

故事:越擦越脏的电脑带来灵感

“梦之墨”创始人、中科院理化技术所研究员刘静告诉记者,对普通人来说,日常生活中,最常见到的液态金属就是水银。但是在他们的实验室中,液态金属却呈现了更加多样的姿态。“在电解液中,一块镓基液态合金,在‘吞食’铝作为食物或燃料后,便获得‘能量’,实现高速运转,像生命一样。”

刘静表示,第一次看到这种情形的时候,他和同事们也都吓了一跳。“感觉像寒武纪生命大爆发一样。”

这项研究发表后,很快在国际上引起了轰动。可实际上,对液态金属,刘静已经潜心研究了几十年,而液态金属3D打印机能够得以出现,更是源自一个偶然。有一次,他不小心把液态金属洒落到了电脑屏幕上,虽然他马上发现并擦拭,可是却越擦越脏。正是这样不愉快的经历,给他带来了灵感:如果用液态金属来制作电路会是什么样?

2014年,借着国家鼓励科技工作者创新创业的东风,带着“让电子打印触手可及”的梦想,刘静创设了北京梦之墨科技有限公司,开始依托中国科学院理化技术研究所、清华大学等强大的技术力量,专注研究世界首创的室温液态金属增材制造技术。

研究过程中,刘静和他的团队也遇到过不少障碍。 一开始,他们的想法是,将金属流体直接写在纸上。但在实际操作中却发现,普通金属流体在纸上,会像水银液滴一样滚来滚去。之后,他们对金属材料加以改性,解决了常规领域使用到的界面黏附性问题,使得液态金属打印机在常温下即可直接印制各种薄膜乃至三维结构。

未来:大大降低创新创业的门槛

刘静表示,一个材料代表一个时代。

旧石器、新石器、青铜、铁器,包括纳米,和现在大热的石墨,他们都很难变成液体,但是液态金属很容易在液体和固体间变换,而且它还是导体、半导体,这种多能性在几乎所有的材料里是很罕见的。

液态金属的应用有着广泛的前景。除了打印电路板,在先进芯片冷却与能源技术利用领域,液态金属具有优异的换热能力,在大功率电子芯片和高强度光电器件等的热管理上已展示出不可替代的价值。在医疗健康技术领域,独特的液态金属材料直接促成了液态金属生物材料学领域的形成。液态金属在神经连接与修复、受损骨骼快速替换、植入式医疗器件直接在体内3D打印以及高分辨血管造影术、肿瘤血管阻塞治疗等方面也大有发展空间。

过去,大量的科技成果都是长期沉睡在实验室里。现在,随着政府相关政策支持力度的增加,很多创新性的技术和项目才得以“落地”。

目前,世界首座液态金属科技馆已经在云南拔地而起,而世界首条液态金属电子手写笔生产线和电子油墨生产线也在当地建成。除了液态金属应用即将迎来产业化的曙光,这也意味着,创新创业的门槛已经大大降低。“将来,一个孩子也能像写字画画那样制造电路板。”刘静说道。

□本报记者 陈曦 文/摄

 
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