【3D打印高端演讲】刘静：室温液态金属的3D机电打印技术研究与应用

【导读】 6月下旬，世界3d打印大会在青岛举行。南极熊3D打印网也到了现场进行了大量的报道，详情请看南极熊报道 http://www.dddyin.com/forum-103-1.html 。南极熊作为一个3d打印的专业媒体平台，一直致力于推动中国3D打印行业的发展。希望下面的一些内容对大家有所启发。


刘静：各位嘉宾上午好，首先非常感谢张教授的介绍。

我是来自中国科学院理化研究所和清华大学，所以其实在之前我也在犹豫，我是一个纯粹，或者说我的团队是纯粹在工程学方面的。但实际上3D打印确实提供了人们无限的想象，今天我想介绍一个跟现在，应该说国内外完全不一样的，或者说是比较全新的一个内容。所以我觉得有这个义务或者有一个必要跟咱们业界，尤其是非常有想象力的中国的，包括全世界的新一代的创新者，所以我想把这个技术来跟大家分享一下。这是我的一个出发点。

昨天我也去看了一下，应该说感谢咱们这次的组委会非常精心的准备，为咱们3D打印的繁荣感到欢欣鼓舞，在此也感谢组委会的邀请，以至我有这样一个机会跟大家一起来分享。

我今天想着重介绍的大家已经可以看到，室温液态金属的3D机电打印技术研究与应用，我们通过十几年的努力，从最早的液态金属，就像水一样，一步一步的发展而来，所以它主题大概是这样。

因为时间很紧，原来准备的报告还是比较多的。我想介绍什么是液态金属。我想大家看过这个可以知道，液态金属已经逐渐的进入到人们的眼前。其实在十几年前，当我们第一次把它用在计算机芯片里去的时候大家还不是很了解，随着技术的发展，它的价值正在大大的展现。在创意方面应该会非常有用，但是一开始我会先讲一下技术方面，再跟大家分享一下我们文化创意的一些理解，所以我会讲一下它的基本原理以及典型的应用。

这就是3D打印，因为大家非常熟悉，所以我不再跟大家说更多的，但是有一点大家可以注意到，包括我们昨天看了很多非常非常精彩的技术和装备，但是有一个特点，可以归结到两大类，一个就是非金属，一个是金属。非金属基本上是塑料、几何物这些，所以现在的3D打印在某种程度上是看，打出来以后我们去观赏，但是问一下工程学，它的功能怎么办？另外还有一个，确实高温，在一些非常重要的，尤其咱们国家的科学工程，令人非常叹为观止，所以我们可以把它用激光等等一系列的技术来实现金属的打印，就是在右边。

所以分两大类，但是这里面我们其实可以想象，我们忽略了一大类，功能。所以现在的3D打印要赋予它心脏一定是功能。功能，在座大家手机、电脑全都是非常重要的。未来的3D打印，我说3D打印其实三十年前就开始，但是它很多还是一个结构性的。这块其实全世界非常非常多，我想没有时间展开，也酝酿着非常大的思想。

这个里面其实也是，比如说印刷电子，所有的都可以归纳到正在制造，但是为什么印刷，我们可以把它归纳到印刷电子，过去一个电路板时间非常长，而且污染。但目前的3D打印确实有的时候时间很长，但是功能还达不到我们所想要的，所以最终极的目标一定是功能型的直接打出，这也是我们一直在探索的。

当然因为大家讨论的3D打印会非常多，但是我想电的3D打印，或者说用另外一种说法，电的制造和印刷电子时间非常大。同样它最重要的是材料，当然还有打印技术，还有它一系列没有边界的，永无止境的创意和创造，材料方面是非常关键的。但是过去确实可以拿来印刷，形成电的，基本上全世界都走了一条路，就是这个，导电怎么办？只能从它来走，但是目前还是有很多的问题。比如说现在的导电，导电力还比较低，而且非常贵，制造和应用，打好以后稍微弯曲，比如说在柔性电子这块就会发生断裂，而且成本很高。

新的方向是我们在几年间提出来的，其实看到科学技术发展都是一点一点积累，因为实验室一直在液态金属，或者说更机体的室温液态金属做了实际，逐渐的发展到现在。刚才讲的金属打印我要强调，它是非常高的熔点，上千度的，那它们怎么混合在一起？那么低温或者说低熔点、室温就非常好的解决这个问题，当然有的时候有偶然性也有必然性。全世界为什么没有走到这条路？因为确实大家很少往这来走。其实我们最早是用它来冷却超快的计算机，当然那是很具体的工作，我不再去讲更多。这是它的基本原理，所以非常有意思的，我们把英文单词稍微缩写，翻译过来可以翻译成梦之墨，确实是带来了非常多新的应用。它的导电力比常规的纳米材料高出两个数量级，而且成本降了很多。

什么是液态金属，就是流体，像水一样，当然不能喝，但是也没有毒，大家不用去担心。过去是被严重忽视的，所以大家用的话只是用它的一些氧化物，氧化物用的还是非常多，但是作为一种流体介质，所以我觉得非常荣幸，我们的团队做了相当多的工作，在国际上被广泛的重视。

发展的历史严格大概十几年了，从十几年前作为芯片，觉得液态金属可能属于能源、电子，属于生物医疗，所以未来可能会进入到一个，因为一个材料一个时代。液态金属不同于过去的金属材料，所以我想它会迎来一个新的发展高峰。某些地方，国际上已经把它认为是十大颠覆性材料，有的把它排到之首，当然还有其它等等一系列。所以我们在之前，比如用到其它方面都有一些技术已经应用到市场，而且应该说在国内外也是第一次。

这种技术现在我可以告诉大家，我们在印刷电路，包括3D打印做了相当大的尝试，这是可以把电阻、电容、电感，当然在3D的表面可以跟普通的材料来打印，包括做成各种各样的振荡器。当然我们的最终目标也是想把集成电路……当然科学研究它是一步一步、一点一点的，早前我们在材料的研究上就花了太多的工夫，这个需要时间，但是它已经拉开帷幕。

包括我们在它的制造方面，国内为什么选择在文化创意方面，我想希望这个技术给文化创意的同志提供一些工具，包括国际上，现在也有国际上的一些联系。这个笔现在写出来可以导电，可以在任意一些好的表面，光滑的表面。右边是我们老校长，也是我们的老师，当时到实验室来用我们的笔写出来的，其实要导电的话就很好，而且它弯曲以后导电非常不错。

这样的技术其实在国际上大家还是比较重视的，左边这位看到这个技术之后非常兴奋，因为过去都是用纳米的导电，但是可能确实遇到一些问题，所以他专门写了一个故事。目前的精度可以在几十微米。这个可以写到一些曲里拐弯的表面，所以我想这次我也想跟各位创意界的人士分享一下。

在这，我们提出适型化电子，所以大家想一下，随着这种技术的诞生，它可以制造电子。同时它可以做一些传感器，这是直接打印在纸上的传感器。这是温度传感器，把不同的金属，所以我们有不同的模式和材料，打出来可以进行测量。其实未来可以测量一些地面、房屋，我们把这样的技术打出来就可以做一些监测。

包括在人体上，其实生物学工程有很多很多的应用，包括你们从网上可以看到，最近的一些工作，全世界最主要的科学媒体都有介绍，当然那跟打印没有太多关系，我就不介绍了。其实这个最近皮肤电子学是一个非常大的领域，但目前为止大家还只是把这个技术给它用到，打印在机体上再贴到皮肤上。我们如果直接打在皮肤上就可以实行一些看护等等的。到目前为止应该是第一种材料可以在皮肤上进行打印。

当然我们还可以进行一些功能性的实验，比如说人工肌肉，它的适应性非常好，我们可以看到，这是全世界大家都在做的，但是它在发生变形，这是新的材料所带来的一些新的东西。

现在我们再想想，能不能在任意表面上打印？实验室在这方面做了很多的推进，未来我们想在树叶上，树叶也可以变身为电路板，实际上目前已经变成了现实。我们可以看到，可以在这个上面打印出来。所以这个创意的话，我想是同仁们的努力和想象。

所以这个技术，当时也是被麻省理工学院的技术同仁觉得非常重要的一个技术，很有突破性，所以他们起了一个标题，可以在各种表面打出来，包括做出一些透明。当然MIT在评论的时候也说这样的技术没有理由怀疑它不能很快的进入市场。当然我们作为国内的研究，有时候在想怎么产业化做的更好，所以我想需要跟业界有更多的互动。

电子方面，其实像国内外那些厂家也在直接跟表面上制造电路，我想应该有很多的创意。这是在树叶上，粗糙的、光滑的，不同的材质，这个已经变成可行的创意。包括在3D制造，这是我们当时提出的，这是开放的，大家可以去看。当时是第一次演示机电打印，或者室温、金属的3D制造，这个引起很大反响，包括国外很多媒体报道。这是它应用的一些情况。

目前我们研制出这种，因为业界看来，大家都有这种需求。所以这个技术跟昨天大家看的可能不太一样，大家看的是几何物或者是材料，这是我们想提供给国内、包括国际，给业界提供的。另外包括印刷电路板，这已经变成现实，我们会委托给北京梦之墨有限公司。

这是一个视频，请咱们稍微放一下，在这个过程里面我稍微解读一下。这个其实是显示的，这个还是最早的原型，这是当时的打印，过去的PCB，可能成本很高，而且柔性不能打出来。像这样的笔是可以把它打印出来的，我们可以研制相应的东西，但是它用的不是软件，是直接打印出来，可以打印出硬件，这就是一个创意。其实在功能性，比如说在晚上我们希望贴上一些直接可以显示的，这其实还是非常多的。这是《清明上河图》，还有《万里长城》。这是电路板，当然如果说到个人之间的通信，个人的DIY，都可以。这是《万里长城》。

这是它的一些原理，所以现在它的性能已经达到非常实用，但我想它只是一个开始，还有很多的东西需要去做，精度还非常高。所以我想这是中国的文化创意，打开思路之后会有很大的发展。所以我们在想，我们的古人多么有创造力，今天我们的创造力跟西方的同事们相比略有下降，但是我想随着发展是有可能的，所以大家可以看到像《万里长城》，完全可以电子化，将会带来很多很多，包括建筑的设计，所以其实带来一些新的技术。这个白宫，右边是我们打印出来的。当然城市的装饰，我想会有非常多的一些东西可以去做，包括一些图腾，包括制造一些人们的文化、生活，当然其它方面还有很多应用，我想咱们紧贴文化创意。

在这里我想说的，没有很好的技术研究不会有非常好的技术，其实在这里面有很多很多创新的东西，所以我们发现完全像过去的终结者这样的技术，可以达到一千倍表面积的变化，一张很大的薄膜，我们发现通过一些控制可以收缩到非常小的微球，这就是新的技术所带来的。这个被上百个科学媒体，英文的，我们还没在中文介绍这样的技术。这都是一些新的材料所带来的。包括中国的实验室做自我打印的机器。

这是中国的，咱们做成一个视频，其实我们还没去介绍，也许以后会做一些科普，但是这方面也有一些制造，延伸出一些新的特性。所以未来我想液态金属这一块我们应该着力原始创新，尤其在国家越来越呼吁原始创新，也可以创造出一些在国际上引领的行业，尤其3D打印，具体说到我们研究的液态金属，我想这块是可以做的。

其实从科学发展，大家老在讨论第一次工业革命，第二次工业革命，第三次，当然科技革命和工业革命是非常清楚的。第三次工业革命我一直非常坚定不移地，把人们彻底解放出来的技术，应该就是第三次工业革命最根本的。3D打印，包括机电打印或者液态金属这一块，我想业界应该会作出非常重要的说明。这块的发展，我想可以用咱们习近平主席非常强的说法，应该是“创新，创新，再创新！”我想未来液体金属的时代应该是到来了，所以我们希望能够用全新的技术和力量去改变世界，服务世界。

还有导电高分子
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