經數年時間從(cong) 基礎研究到應用層麵的持續推進，由劉靜研究員帶領的中國科學院理化技術研究所科研團隊在印刷電子學領域取得技術突破，研發出世界首台全自動液態金屬個(ge) 人電子電路打印機。其中，部分基礎成果於(yu) 近日發表於(yu) Nature出版集團旗下期刊Scientific Reports上，論文作者為(wei) 鄭義(yi) 、何誌祝、楊駿、劉靜。同時，集合團隊力量研發的麵向個(ge) 人終端用戶的打印設備也已完成設計和製造，即將進入市場，參與(yu) 研發的主要人員還包括楊陽、陳柏煒、金海嵐、鄧中山等。

       迄今為(wei) 止，傳(chuan) 統電子電路的製造仍是一個(ge) 耗時、耗材、耗能且會(hui) 造成潛在環境汙染的複雜工藝過程，大多隻能在設備齊全、投資大的工廠進行。隨時隨地實現電子電路的直接打印是全球科學界與(yu) 工業(ye) 界的一個(ge) 夢想，但存在巨大挑戰，其中既有設備硬件的限製，也有來自高性能電子墨水的因素，更受到固有理論框架的製約。  

       液態金屬打印機的發明和問世，在技術理念上完全改變了傳(chuan) 統模式，打破了個(ge) 人電子製造的技術瓶頸和壁壘，使得在極低成本下快速、隨意地製作電子電路成為(wei) 現實。應用該設備，即使沒有任何電子學經驗的個(ge) 人甚至孩童也能通過電腦操控，短時內(nei) 即可直接打印出從(cong) 網上訂製的電路圖案並製作出自己的終端功能器件，一定程度上實現了電子硬件的直接下載。

        在Scientific Reports這篇題為(wei) Personal Electronics Printing via Tapping Mode Composite Liquid Metal Ink Delivery and Adhesion Mechanism 的論文中，研究小組攻克了製約液態金屬打印技術在通向實用化道路中的一係列關(guan) 鍵科學與(yu) 技術問題，首次建立了一種全新原理的室溫液態金屬打印方法，通過集合了上下敲擊式進墨、旋轉及平動輸運、轉印乃至壓印黏附到基底等複合過程在內(nei) 的流體(ti) 輸運方式，解決(jue) 了金屬墨水表麵張力高難以通過常規方法平穩驅動的難題，其中的印刷失穩機理也得以初步揭示，所獲得的高度均一的打印精度和質量，已能滿足當前大多數印刷電路板（PCB）的要求。最為(wei) 關(guan) 鍵的是，這一電子電路打印機已具有很高的性價(jia) 比，批量製造後其成本將處於(yu) 個(ge) 人可承受範圍內(nei) ，這預示著電子製造正在步入平民化進程。為(wei) 展示這一全新技術在廣泛領域的價(jia) 值，研究小組還探明了液態金屬電子打印機在近10個(ge) 方向上的開拓性應用，如複雜大麵積柔性PCB、電學傳(chuan) 感器、電子藝術、電子裝飾、電子化建築設計、人物肖像、電路單元、電子賀卡、電子圖案乃至功能電子器件等的即時打印和製作。這種立等可取的個(ge) 性化電子製造模式除了將對傳(chuan) 統電子工程學帶來觀念性變革外，也將為(wei) 科學與(yu) 藝術、人文、教育、文化創意等的交叉融合創造全新的機遇。  

        以上成果的取得是理化所團隊在長期實踐中不斷探索的結果。此前，為(wei) 實現液態金屬的全自動打印並發展具有普適意義(yi) 的電子打印機，研究小組幾乎窮盡了各種可能的打印原理如氣壓驅動、微接觸印刷、絲(si) 網印刷、卷對卷印刷、熱泡噴墨驅動、激光打印等，但所形成的機構或是無法驅動金屬墨水，或是自動化程度不高，或是整套打印設備成本過於(yu) 高昂而無法進入千家萬(wan) 戶。正是基於(yu) 對液態金屬驅動機理的係統探索和反複嚐試，融合了輕敲、旋轉、壓印等輸運機理在內(nei) 的複合式液態金屬打印方法得以建立。  

       液態金屬印刷電子學是嶄新的學科前沿，由劉靜集合10餘(yu) 年來在液態金屬領域的長期積累於(yu) 國內(nei) 外首次提出。為(wei) 建立相應的理論與(yu) 製造技術體(ti) 係，團隊圍繞這一領域的基礎和應用問題開展了大量深入細致的探索。2013年取得了一係列代表性工作：紙上印刷電路及液態金屬3D打印技術、“夢之墨”技術、皮膚電路直接繪製技術、可植入式醫療電子在體(ti) 3D打印、液態金屬電子手寫(xie) 筆以及可在任意表麵製造電路的霧化打印方法等，這些技術均因其開拓性在國際上產(chan) 生較大反響，相繼為(wei) 眾(zhong) 多知名科學媒體(ti) 或刊物如MIT Technology Review, Chemistry World, Nature Asia, IEEE Spectrum, National Geographic Daily News, CCTV，《中國科學報》、《人民日報》等廣泛評介，相應技術還受到眾(zhong) 多國際、國內(nei) 知名電子製造商的青睞。為(wei) 適應未來對金屬墨水日益增長的需求，研究小組還原創性地提出了旨在發現係列新型功能電子墨水的液態金屬材料基因組研究計劃，以推動這一領域的發展。  

       此次實用化全自動液態金屬打印機的成功研製，開啟了全新的電子電路製造模式。相應技術易於(yu) 普及到家庭、辦公室、學校、工廠乃至工業(ye) 設計、藝術探索、文化創意等應用領域，是極具普適性和基礎性的電子製造工具。

液態金屬打印機原理視頻

 液態金屬個(ge) 人電子電路打印機外觀、設計圖及其複合式墨水驅動機理流場模擬情況 

 由液態金屬打印機打印並製作的柔性電路板及帶光電功能的聖誕電子賀卡 

 由液態金屬打印機打印並製作出的模擬皓月當空下的中國萬(wan) 裏長城電子圖 

打印機針對中國古典名畫《清明上河圖》（左）打印出的電子圖案(右) 

 由液態金屬打印機打印出的電子圖騰裝飾藝術圖案 

 打印機打印出的電子化建築結構圖案（左：北京天壇；右：華盛頓白宮） 

利用液態金屬打印機在柔性基底上打印後即時製作的透明電子裝飾圖案或電子賀卡