記中科院理化所劉靜團隊：在液態金屬海洋里遨游

劉靜在向國家自然科學基金委主任楊衛講解科研成果。

　　我們徜徉在液態金屬研究的海洋里，既因科學發現的收獲而感到快樂，也因技術的突破而感到踏實。

　　近日，中國科學院理化技術研究所劉靜團隊又提出了一種液態金屬液固相變轉印方法，可用于快速制造易于貼合到任意復雜形狀表面的柔性功能電子器件。

　　直接利用液態金屬制備各種柔性電路仍面臨煩瑣、耗時、穩定性低等挑戰，尚不易快速制得實用化柔性功能器件。為了解決這一問題，中科院理化所助理研究員王倩以及清華大學醫學院博士后于洋，在劉靜的領導下，歷時九個月突破了以往存在的技術瓶頸，建立了基于低溫相變轉印的液態金屬柔性功能電路快速制造方法。

　　自然界的饋贈

　　劉靜和他的團隊首先利用液態金屬打印機在PVC（聚氯乙烯）膜表面打印出液態金屬電路；之后，在此電路上進一步覆蓋PDMS（聚二甲基硅氧烷）溶液并加以固化。

　　“為了將液態金屬電路完全從PVC膜轉印到PDMS膜上，我們嘗試過火燒、有機溶劑溶解等很多方法，可是都不盡如人意。”王倩認為這是他們經歷的第一個難點，也是需要突破的關鍵點之一。

　　在多次嘗試以后，她靈光閃現：如果采取低溫冷凍的方式呢？果然，當將整個實驗對象加以降溫時，液態金屬電路轉為固體，而在此過程中即可輕易地將最初的液態金屬電路完整、快捷地轉印到PDMS柔性基底上。

　　“如果需要的話，可以在PDMS尚處液態時，在其上浸沒入任意形狀的待貼附目標物體，就可以實現更加復雜的應用。”王倩將紅外溫度傳感器等元器件組裝在其上，形成了一塊可以測溫的透明柔性薄膜。“此時在相應管腳貼上相應IC元件并加以編程調試，即可制成功能電子器件。由于PDMS基底形狀可完全與使用對象緊密貼合，由此即達到電子器件的高度適形化制造。”

　　在實驗室里，王倩將一塊巴掌大小的透明PDMS電路任意彎曲、折疊，其都能很好地運行工作。劉靜告訴《中國科學報》記者，該技術在醫療健康、家居、環境等應用場合的傳感監測方面有重要意義，相應器件易于貼合到諸如膝蓋、腳腕、手掌、面頰、頭部、耳廓以及更多復雜形狀表面，執行特定功能。

　　相較于傳統的硬質電路，柔性電子具有重量輕、韌性好以及可承受一定形變等優勢，這使其應用范圍更為寬廣。基于相變轉印原理的液態金屬柔性電路加工方法突破了傳統工藝的局限性，更加簡便、快捷、穩定，并與現有集成電路技術較為兼容。除了能以高質量快速加工以滿足可穿戴設備、皮膚電子、醫學植入、柔性顯示、太陽能電池板等諸多前沿需求外，新方法的重要意義還在于，隨著液態金屬打印技術的普及，人們將有望隨心所欲地在任意物體表面實現各類柔性功能器件的定制化快速開發。

　　“液態金屬是一種神奇的材料，是自然界無私的饋贈。”一提起液態金屬，劉靜臉上就會顯露出抑制不住的興奮和激動。實際上，他帶領團隊早在2002年就啟動了液態金屬冷卻芯片的研究，后又在液態金屬印刷電子學領域深耕多年。他們憑借長期的基礎研究與技術積累，先后發展出系列功能化液態金屬墨水，并于2013 年研發出世界首臺液態金屬個人電子電路打印機，由此建立了一條快速制備電子電路的變革性途徑，也打開了直寫柔性功能器件的新大門。

　　偶然和必然

　　當記者問及他近年來能在液態金屬領域不斷推陳出新的原因時，劉靜陷入了沉思。

　　十多年前時，為尋找到一種全新的芯片降溫途徑，他幾乎窮盡一切可能去嘗試和摸索，這導致后來液態金屬芯片冷卻方法的提出，以后又引發了一系列基礎發現和技術上的突破，開辟出更多全新的領域。

　　“科學研究存在不確定性，長期堅持，必然會有所成。即便這次不成功，未來也會在某個時刻實現突破。”劉靜堅信機遇會垂青有準備的人，科學發現就是偶然性與必然性的統一。

　　“在研究中總有這樣的情況，實驗過程中偶爾會觸及到一些奇怪的特性，如果缺乏探究精神，那可能會把其當成一種司空見慣的現象，而對于積累和素養深厚的實驗室而言，任何蛛絲馬跡一般都不會輕易流失。”劉靜和團隊成員一再強調，要把“頭腦”準備好。

　　理化所地處科研院所云集、學科交叉融合緊密的中關村地帶，劉靜帶領著該所低溫生物與醫學實驗室和清華大學醫學院小組兩個團隊。他介紹說：“中科院理化所實驗室在工程熱物理、材料和流體方面比較有優勢，清華大學醫學院小組在電子、生物醫學工程方面實力很強。兩邊的學生也就經常‘串門’做實驗，兩個小組之間能形成有效互補。”他堅持讓學生將看似八竿子打不著的東西聯系到一起，這是他帶領的科研團隊的交叉特色。

　　《中國科學報》記者發現，在劉靜的影響下，該團隊成員都具備了良好的思維習慣。于洋是劉靜團隊的一名博士后。采訪過程中，他就會不時表達出一些讓人耳目一新的觀點。

　　科研苦行僧

　　除了天馬行空地進行科研想象，劉靜以身作則地踐行著科研苦行僧的生活。“即使是科研基礎好，也一定要勤奮。”他笑稱自己只要在北京就沒辦法進入休息狀態。

　　“老師的工作精神讓我們敬佩。實驗室最后一個走的人總是他。他常隨身攜帶一支筆，以便隨時隨地幫我們修改論文。”2013年大年三十吃團圓飯的時候，劉靜還在飯桌上修改文章，為的是將實驗室之前未完成的論文修改稿在凌晨前投遞出去，而他們過完年就收到了文章已被接受的好消息，成為一段佳話。

　　劉靜會經常思考一些科技史問題，也常常和團隊成員分享感受。科技發展到今天為止，真正突飛猛進是近兩三百年，以后還有無盡空間。這個時代對科技工作者而言是一個巨大的挑戰，也是機遇，劉靜鼓勵團隊的每個成員努力爭取成為主角。

　　劉靜團隊的成員心里都有一幅藍圖：液態金屬能夠進入人們生活的方方面面，滿足各種需求。

　　“我們徜徉在液態金屬研究的海洋里，既因科學發現的收獲而感到快樂，也因技術的突破而感到踏實，可以說滿足了科學好奇心和服務世界的雙重需求。”劉靜們的幸福也因此不言而喻。