近日，中科院理化技術研究所劉靜研究員帶領的科研團隊，繼提出液態(tài)金屬印刷電子學方法后，首次成功研制出了室溫下直接生成紙基功能電子電路乃至3D機電器件的桌面式自動打印設備原型樣機，為新技術向普及化推進邁出了關鍵的一步。文章發(fā)表在Nature出版集團系列期刊《科學報告》上（Zheng et al., Scientific Reports, 3: 1786, 2013），隨即入選most-read articles行列，并受到國際上多個知名科學媒體(如National Geographic News, Chemistry World, Asian Scientist Magazine, Desktop Engineering等)的專題報道。文章第一作者為二年級碩士生鄭義。

　　在此項題為“紙上柔性電子電路的直接桌面打印(Direct Desktop Printed-Circuits-on-Paper Flexible Electronics)”的研究中，項目團隊基于對液態(tài)金屬輸運及打印機理的深入解析，提出了旨在確保高精度印刷線寬的多孔芯體打印技術，篩選出與液態(tài)金屬油墨黏性相匹配的紙質(zhì)基底，并部分借助于商用機械研制出了可突破液態(tài)金屬高表面張力限制的電子打印機原型。論文中還提出了有別于傳統(tǒng)PCB技術內(nèi)涵的紙上印刷電路(PCP：Printed-Circuits-on-Paper) 概念，由此建立了一整套全新的紙基電子器件直接打印方法。應用該系統(tǒng)，只需提前設定好控制程序，即可在普通的銅版紙上自動打印出電路、天線、RFID等電子器件并實現(xiàn)封裝；特別是，通過設置各類導電或絕緣類油墨間的層疊組合程序，還可實現(xiàn)3D機電復合系統(tǒng)的直接打印，這一特性并不為現(xiàn)有技術所具備。3D打印是當前世界范圍內(nèi)的前沿熱點，但已有方　　法大多只能實現(xiàn)模型自身的打印，尚不易完成包含電子功能在內(nèi)的器件制造需求，可在室溫下同時打印電氣系統(tǒng)乃至機械及封裝部件的液態(tài)金屬印刷電子學為此帶來了新希望。

　　迄今，常規(guī)的電子制造仍只能通過蒸鍍、濺射、沉積等頗為耗時、耗材及耗能的工藝完成。新近出現(xiàn)的印刷電子學無疑加快了傳統(tǒng)模式的變革，但也面臨著諸如高性能導電油墨配制困難、導線生成需要借助繁復的化學反應實現(xiàn)、器件成型固化溫度高等瓶頸，亟待突破。作為電子制造領域的新前沿，所見即所得的液態(tài)金屬印刷電子學為常溫下直接制造柔性電子開辟了一條方便快捷且有望實現(xiàn)普及化應用的途徑。實驗室前期的一系列基礎性工作，展示了這一直寫技術的優(yōu)勢。然而，要使該技術飛入“尋常百姓家”，必須研發(fā)出適用面廣、成本適中的桌面自動打印系統(tǒng)；同時，若能直接采用便攜、可折疊、價格低廉、易降解、可循環(huán)使用的紙張作為電子的打印基底，則勢必進一步拓寬技術的應用層面。理化所團隊基于上述需求特點的考慮，通過對系列關鍵科學問題的攻關，實現(xiàn)了電子打印技術的基礎性突破。

　　液態(tài)金屬桌面式機電打印系統(tǒng)技術的建立，實際上源于實驗室長期努力的結果。早在10余年前，劉靜研究員就帶領團隊圍繞當時在國內(nèi)外鮮為人知的室溫金屬流體展開研究，先后提出了一系列在信息、能源及醫(yī)療領域有著重大應用價值的原創(chuàng)性技術；特別是，該小組近年來提出了有望改變傳統(tǒng)電子電路制造規(guī)則的室溫液態(tài)金屬印刷電子學方法，形成了系列重要技術和專利，如生物體表醫(yī)用電子電路直寫技術(Yu et al., PLoS ONE, vol.8, e58771, 2013)、透明導電薄膜技術(Mei et al., Applied Physics Letters, 102: 041509, 2013)、紙上可印刷式微小溫度傳感器技術(Li et al, Applied Physics Letters, 101: 073511, 2012)、柔性電路直寫技術(Gao et al., PLoS ONE, 7: e45485, 2012)等，目前這一方法已被命名為DREAM Ink技術——Direct Writing of Electronics based on Alloy and Metal Ink (Zhang et al., Frontiers in Energy, 6: 311-340, 2012)；相應工作在國內(nèi)外引起較大反響。

　　總的說來，基于DREAM Ink的桌面打印方法的成功實現(xiàn)及所引申出的打印工具，為電子器件的個性化制造(DIY: Do-It-Yourself)創(chuàng)造了條件，有可能影響到未來電子技術的發(fā)展模式。同時，研究中論述的PCP理念再次表明，紙張既可以作為文字的載體，也可集成諸多電子元件，這有助于促成DIY電子的普及。當前，盡管實驗室打印系統(tǒng)的價格仍然偏高，但隨著技術的發(fā)展，其成本完全可以降至為普通消費者所接受。那時，即便沒有電子設計經(jīng)驗的人士也能借助于預設于計算機中的控制軟件，打印出自己所需要的終端電子器件乃至組裝出機電系統(tǒng)，如：電子賀卡、紙上集成電路、顯示器、廣告牌、智能織物、機器人，乃至光伏電池陣列等。正如報道該項研究的科學媒體所評論的那樣，“印刷電子對于制造業(yè)有著直接而重要的影響”，“找到室溫下直接制造電子的方法，就意味著打開了極為廣闊的應用領域乃至通過家用打印機制造電子器件的大門”。可以預見的是，隨著DREAM Ink桌面打印系統(tǒng)精度及性能的不斷提升，可望催生出一系列超越傳統(tǒng)理念的電子工程學及3D機電打印技術，一定程度上會加快電子工業(yè)和制造業(yè)革新的步伐。