你聽說過液態(tài)金屬嗎？

這種金屬不僅可以在室溫下像水一樣流動(dòng)、行走，甚至還可以“吃掉”別的金屬，就像有“生命”一樣。

更有意思的是，如果把這種液態(tài)金屬放進(jìn)打印機(jī)中作為“墨水”來使用，還能夠打印出復(fù)雜、高精度的功能電路，可以直接用在各種電子設(shè)備中。

這種神奇的黑科技絕不是小編的憑空想象，而是來源于一家前沿科技企業(yè)北京夢之墨科技有限公司(以下簡稱“夢之墨”)。夢之墨不僅“玩轉(zhuǎn)”了液態(tài)金屬這種前沿新材料，還基于液態(tài)金屬的特殊屬性自主研發(fā)了世界首臺(tái)液態(tài)金屬打印機(jī)，為將液態(tài)材料應(yīng)用到柔性電子印刷和電子制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域提供了有力的技術(shù)支撐。

關(guān)于夢之墨。北京夢之墨科技有限公司是依托中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、清華大學(xué)等技術(shù)力量建立的前沿科技型企業(yè)，公司圍繞液態(tài)金屬電子增材制造技術(shù)開展研究及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，建立了桌面級(jí)電子電路快速制作系統(tǒng)、工業(yè)級(jí)柔性電子印刷服務(wù)平臺(tái)等產(chǎn)品體系，可應(yīng)用于移動(dòng)通信、消費(fèi)電子、創(chuàng)新教育等領(lǐng)域。公司成立至今，獲得“國家高新技術(shù)企業(yè)”、“中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)”，并入選首批“中關(guān)村前沿技術(shù)企業(yè)”。

有“特異功能”的液態(tài)金屬

人類自誕生起，就開始發(fā)現(xiàn)并使用材料。從某種意義上說，人類對材料的認(rèn)識(shí)和利用能力，決定著社會(huì)形態(tài)和人類的生活質(zhì)量。

歷史學(xué)家常把材料作為劃分時(shí)代的標(biāo)志：石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、鋼鐵時(shí)代、高分子時(shí)代，直到復(fù)合材料時(shí)代。新材料技術(shù)的不斷發(fā)展，為科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從某種意義上說，一種材料意味著一個(gè)時(shí)代。

今天我們就來揭秘一種神奇的新材料——液態(tài)金屬。

說到液態(tài)金屬，大家還記不記得在電影《終結(jié)者Ⅱ》中的全液態(tài)金屬機(jī)器人?

如果說現(xiàn)實(shí)中有一種材料能夠達(dá)到電影中的這種效果，那么非液態(tài)金屬莫屬。

不同于常見的固態(tài)狀的金屬材料，所謂液態(tài)金屬指的是一大類物理化學(xué)行為十分獨(dú)特的新興功能材料(典型代表如鎵基合金、鉍基合金等)，熔點(diǎn)低，常溫下呈液態(tài)，具有沸點(diǎn)高、導(dǎo)電性強(qiáng)、熱導(dǎo)率高等不同于常見固體金屬的特性。

嚴(yán)格意義上來說，所有金屬在足夠高溫的狀況下都會(huì)變成液態(tài)，例如最常見的鐵，熔點(diǎn)在1500℃，超過1500℃后就會(huì)形成鐵水，但是能夠在室溫下呈現(xiàn)流體態(tài)是液態(tài)金屬的獨(dú)有特性。

此外，液態(tài)金屬還具備一定的生物相容性、環(huán)保無毒、易變形、可塑性強(qiáng)、無需高溫冶煉等特點(diǎn)，相關(guān)應(yīng)用被稱為人類利用金屬的第二次革命。

正是因?yàn)橐簯B(tài)金屬同時(shí)兼具金屬和流體的雙重特性，這就為夢之墨將液態(tài)金屬作為一種新材料應(yīng)用于柔性印刷電子技術(shù)提供了材料保障。

夢之墨對液態(tài)金屬的研發(fā)應(yīng)用，脫胎于中科院理化所研究員、清華大學(xué)教授劉靜團(tuán)隊(duì)的研究成果。用劉靜的話來說，研究液態(tài)金屬是一次“跨界的巧合”。

早在2001年，在清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系工作的劉靜，偶然間把液態(tài)金屬灑到計(jì)算機(jī)上，怎么都擦不干凈，還留下許多印記。他突然靈機(jī)一動(dòng)：液態(tài)金屬導(dǎo)電性好，又兼具流體的柔性，能不能用來打印電路?

此后十幾年，劉靜帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深耕液態(tài)金屬領(lǐng)域，隨后獲得40余項(xiàng)全新基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，發(fā)表了100多篇論文，在液態(tài)金屬打印技術(shù)和柔性電子印刷技術(shù)等方面取得了一系列底層技術(shù)突破。

得益于這些一手科研成果，夢之墨于2014年成立，專攻液態(tài)金屬快速印刷的落地應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化。

可打印、可拉伸的柔軟電路板

在了解液態(tài)金屬這種新材料的特殊屬性之后，我們不禁好奇夢之墨是如何用液態(tài)金屬進(jìn)行打印的呢？

我們可以看到，圖片中的這臺(tái)打印機(jī)和我們常見的桌面打印機(jī)沒什么區(qū)別。不過，這可不是普通的打印機(jī)，而是夢之墨自主研發(fā)的全球首款桌面級(jí)液態(tài)金屬電子電路打印機(jī)(DP-I電子電路打印機(jī))。

夢之墨聯(lián)合創(chuàng)始人兼副總經(jīng)理于洋介紹說，液態(tài)金屬打印機(jī)和普通打印機(jī)的原理是一樣的，只不過把墨水換為液態(tài)金屬，通過特制的打印機(jī)進(jìn)行打印。

在產(chǎn)品研發(fā)過程中，由于液態(tài)金屬不論是密度、粘度還是扁平張力與常規(guī)的水性或油性的墨水材料都有極大的差異，為此，夢之墨進(jìn)行了雙向改良：一方面通過對材料進(jìn)一步改性，根據(jù)不同成分和配比，研發(fā)了具有不同特性的系列液態(tài)金屬材料;另一方面，自主開發(fā)了一套全新的基于液態(tài)金屬或合金電子墨盒的電路直接打印技術(shù)，從整機(jī)到墨盒以滿足液態(tài)金屬新材料的打印需求。

這樣，夢之墨液態(tài)金屬打印機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)功能電路打印，而且得益于液態(tài)金屬的各種屬性，打印出來的電路不僅能夠正常使用，還可以滿足柔性電子器件可拉伸、可折疊的需求，這是普通電路板替代不了的。

“夢之墨用打印的方式制作的柔性電路板不僅成本低、可回收，而且大大提高了生產(chǎn)效率，打印一塊150mm*100mm電路僅需5-10分鐘，一鍵操作沒有任何難度。”于洋說。

印刷電路板在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜种匾慕巧謾C(jī)、電腦、電視等幾乎所有的電子產(chǎn)品都離不開電子電路。

不同于傳統(tǒng)鋼性電路板，柔性電路板可以隨意彎曲、折疊乃至拉伸，在5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、智能包裝、生物醫(yī)療等諸多行業(yè)都有廣泛用途。

隨著電子產(chǎn)品的微型化、曲面化、柔性化，傳統(tǒng)基于銅箔腐蝕的柔性印制電路也面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)與瓶頸。夢之墨團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的電子電路快速印刷技術(shù)以增材制造的方式大幅減省了傳統(tǒng)基于光刻和化學(xué)腐蝕的電路制程，還可以直接印制在各類非常規(guī)基材或3D結(jié)構(gòu)材料的表面，為柔性折疊屏、穿戴設(shè)備等的性能和體驗(yàn)帶來全面提升。

液態(tài)金屬打印的無限可能性

除了技術(shù)層面，夢之墨在速度方面也有突破，讓電路圖秒變現(xiàn)實(shí)。

1張A4紙大小、精密度很高的液態(tài)金屬電路，最多10秒就能印刷出來，就是夢之墨液態(tài)金屬電子電路快速印刷技術(shù)。這也太迅速了吧!

基于液態(tài)金屬電子增材制造技術(shù)，夢之墨聯(lián)合技術(shù)團(tuán)隊(duì)很早就提出了液態(tài)金屬電子電路快速印刷技術(shù)原理，并設(shè)計(jì)開發(fā)出液態(tài)金屬高速電路印刷系統(tǒng)。

那么，秒級(jí)打印是如何實(shí)現(xiàn)的呢?

全面改進(jìn)打印方式，將桌面DP-I電子電路打印機(jī)所采用的逐步成型點(diǎn)掃描式，提升為面掃描的方式，打印速度提升了幾個(gè)量級(jí)。

最重要的是，打印速度的提升并不會(huì)因?yàn)殡娐穲D的復(fù)雜程度而受到影響。

目前，夢之墨液態(tài)金屬秒級(jí)電路印刷技術(shù)的印制速度可達(dá)每秒60米，線路精度達(dá)到40微米，比頭發(fā)絲還細(xì)，制作效率提升近千倍。同時(shí)，可適用于如塑料、布料、紙張、玻璃、陶瓷、不銹鋼等多種基材表面的電路印刷，因而能輕松制作從傳統(tǒng)的剛性到新興的柔性電路板，甚至于不再受限于“板”的形態(tài)，身邊形形色色的物體都有可能被快速賦予電路功能。

對于任何一項(xiàng)科技創(chuàng)新技術(shù)的誕生，如何能夠融入到實(shí)際應(yīng)用中一直是大家關(guān)注的焦點(diǎn)。最初，夢之墨是想在教育教學(xué)領(lǐng)域有所突破，側(cè)重電子類競賽、高校工程訓(xùn)練、傳統(tǒng)課程改革等方面的應(yīng)用。

2017年，清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心引入夢之墨液態(tài)金屬創(chuàng)新電子制造系統(tǒng)，使得學(xué)生們都有機(jī)會(huì)在課堂上完成電路板的制作，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與動(dòng)手實(shí)踐的無縫銜接。其后，清華大學(xué)與夢之墨公司共同編寫了《電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造實(shí)踐課程》教案，包含從基礎(chǔ)知識(shí)到實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等內(nèi)容，可廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)教學(xué)、工程訓(xùn)練、創(chuàng)新教育、文創(chuàng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。

目前，清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、重慶大學(xué)等高校都陸續(xù)采購了夢之墨的相關(guān)設(shè)備。

隨著技術(shù)不斷成熟，夢之墨也開始探索液態(tài)金屬打印在不同應(yīng)用場景下的創(chuàng)新應(yīng)用。例如，液態(tài)金屬材料在紙基、墻面、布基、皮膚等各類材料表面的電路制作，創(chuàng)作出一系列液態(tài)金屬手繪電子套件、液態(tài)金屬工藝品、液態(tài)金屬電子互動(dòng)墻、液態(tài)金屬舞臺(tái)服飾等作品，實(shí)現(xiàn)了液態(tài)金屬在諸多領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。

液態(tài)金屬印刷創(chuàng)新應(yīng)用

“夢之墨的電子增材制造技術(shù)兼容性非常強(qiáng)，可應(yīng)用于不同的場景中。例如可以將電路印制在紙張、陶瓷、玻璃、塑料、纖維等各類物體上，這對于電子制造行業(yè)來說是顛覆性的創(chuàng)新?！眽糁獵EO陳柏?zé)樥f。

目前，夢之墨已經(jīng)在積極開拓B、C端的市場，將液態(tài)金屬打印技術(shù)在教育培訓(xùn)、文化創(chuàng)意、智能家居、移動(dòng)通信、汽車電子、穿戴電子等多個(gè)領(lǐng)域落地應(yīng)用，不斷探索新材料的創(chuàng)新應(yīng)用領(lǐng)域，拓寬液態(tài)金屬打印的巨大市場空間。