液态金属电路“热缩贴合”任意曲面 天津大学合作突破柔性电子立体化制造瓶颈

天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室与清华大学深圳国际研究生院近日联合宣布,成功研制出一种革新性的柔性电子制造技术,有望推动高性能电子器件从二维平面向三维立体领域转变。

柔性电子在可穿戴设备、生物传感、智能制造等领域具有广泛应用前景,但在不规则曲面上制造高性能电路一直是业界公认的难题。

传统三维打印技术虽然可以实现复杂结构制造,但存在生产成本高、制造周期长的明显缺陷。

常规的电路贴附方法则因难以适应复杂的凹凸表面而应用受限。

这些瓶颈制约了柔性电子产业的快速发展。

研究团队创新性地采用热塑性薄膜作为电路基底材料。

这类薄膜具有遇热收缩的特性,加热时能够紧密包裹目标物体。

但普通金属导体在收缩过程中容易产生断裂,严重影响电路性能。

为解决这一核心难题,团队研制出具有高导电性和良好流动性的半液态金属材料,通过自主研发的打印技术在平面薄膜上精确"绘制"电路图案。

该技术最具创新性的之处在于其精准的形变控制能力。

研究人员利用仿真计算技术预先推演平面电路在三维弯曲过程中的变形规律,并据此设计出相应的"变形蓝图"。

当薄膜在约70摄氏度的温水或热风作用下受热时,电路能够按照预设方案快速自适应地贴合到立体表面,整个过程仅需约5秒。

实验验证表明,该电路具有出色的耐久性能。

即使经历5000次反复弯折或扭转,其导电性能仍保持稳定,充分证明了该技术的可靠性和实用性。

这意味着所制造的柔性电子产品能够承受日常使用中的频繁形变而不影响功能。

从应用前景看,这项技术为多个领域打开了新的可能性。

在医疗健康领域,可用于制造贴附于人体曲面的生物传感器;在消费电子领域,可应用于可穿戴设备的制造;在工业领域,可用于制造适应复杂环境的智能传感网络。

相关研究成果已在国际期刊《自然·电子学》发表,获得了国际学术界的认可。

从实验室的微观创新到产业界的宏观变革,这项"以柔克刚"的技术突破,不仅展现了我国在高端电子制造领域的自主创新能力,更揭示了材料科学与其他学科交叉融合的巨大潜力。

当冰冷的金属学会"随形应变",人类与机器的交互方式或将迎来全新篇章。