液态金属印刷：开启电子技术新篇章

增材或称加成制造技术被普遍认为是“第三次工业革命”的重要引擎和核心推动力［50］。近年来，相应研发已密集引起世界各国工业界和政府广泛重视，如美国就启动了旨在打造全球竞争新优势的增材制造国家计划，欧洲则力求通过实施工业4.0确保对新一轮工业革命的掌控，中国也已提出“制造2025”的宏伟蓝图，这些均为波及全球的国家战略。如前所述的印刷电子就是一大类旨在制造功能器件的先进增材制造，其核心在于发展高性能电子墨水及对应的材料体系、设备体系和应用技术体系，液态金属印刷电子学的出现可以说是应运而生。

液态金属指的是一大类物理化学行为十分独特的新兴功能材料（典型代表如镓基合金、铋基合金等）［51］，常温下呈液态，具有沸点高、导电性强、热导率高等属性［52，53］，制造工艺不需要高温冶炼［54］，环保无毒，并蕴藏着诸多以往从未被认识的新奇特性［55-58］，正在为大量新兴的科学与技术前沿提供重大启示和极为丰富的研究空间［12，53，59］。针对当前印刷电子存在的问题，笔者实验室从有别于国内外的学术思想出发，通过引入由低熔点液态金属或其合金制成的导电墨水，首次提出了完全不同于传统印刷电子技术原理的液态金属直写电子技术［12］，并建立了相应理论与应用技术体系［4，12］，先后研发出一系列实用化装备和系统并实现工业化应用［60-65］。这种技术克服了传统印刷电子技术的诸多技术瓶颈，如墨水电导率低、合成复杂、需要烧结等，使得电路制备过程更加简单，如图1.1所示。根据墨水的成分，该方法也被命名为“基于金属及合金墨水的直写电子”（direct printing of electronics based on alloy and metal ink，简称DREAM Ink）技术，业界也按照中文译名将其称为“梦之墨”技术。

(www.xing528.com)

图1.1　液态金属印刷电子与传统制造工艺、其他印刷工艺制备过程比较

液态金属直写电子技术的特别之处在于提出了一大类全新的基本电子制造策略，其导电墨水由低熔点金属或其合金构成，在常温下可流动，并可在许多基底上直接印刷。通过液态金属电子墨水直接快速制造出电子电路及终端功能器件，这种策略完全改变了传统电子工程学的制造理念，其所见即所得的电子打印模式为发展普惠型电子制造技术、重塑传统电子及集成电路制造规则提供了现实途径，且快速、绿色、节省、低成本。

液态金属印刷电子学系列成果的原创性和领先性得到了国内外的广泛重视和认可，诸多工作先后被国际上众多知名科学杂志、新闻媒体和专业网站报道，入选国内外多个奖项，在业界引发震动。笔者实验室研发的液态金属增材制造设备多次应邀参加重要展会，系列产品获推荐进入政府采购目录。当前，全球范围内学术界众多实验室和产业界也纷纷加入相应的研发和产业推动，一个新的电子工业正在悄然成形。