夢之墨液態(tài)金屬電路打印

2019年5月，南極熊參觀了北京夢之墨。

液態(tài)金屬電磁屏蔽涂料



液態(tài)金屬導電漿料



液態(tài)金屬柔性可拉伸電路



幾秒鐘即可打印完成的電路



夢之墨第一代液態(tài)金屬電路打印機



打印的天線電路



剛打印出來的電路，光澤度很高



液態(tài)金屬電路做成的教育產(chǎn)品，例如人體磁場，即可感應開關



液態(tài)電路畫畫，給傳統(tǒng)繪畫帶來新的玩法

鎵和鎵基合金是典型的室溫液態(tài)金屬，具有低熔點、高表面張力、柔韌變形性、良好的導熱性和導電性以及低毒性等優(yōu)秀特性。基于液態(tài)金屬的應用迄今已被拓展到先進熱管理、柔性電子、軟體機器人、生物醫(yī)學等多個領域。與其它金屬類似，空氣與鎵基液態(tài)合金之間的界面處同樣易于形成薄的自限性氧化膜。在以往的系列研究中，基于氧化前后表面張力的變化被用于在酸性或堿性溶液中誘導液態(tài)金屬的各種運動和變形行為。然而，到目前為止，氧化膜本身的物理性質很少受到關注。

β-Ga2O3是一種新興的半導體材料，其具有4.6-4.9 eV的超寬帶隙，高擊穿電場和較大的Baliga品質因數(shù)（Baliga’s Figure of Merit, BFOM），是制備下一代高功率電子器件的候選材料之一。然而，由于β-Ga2O3膜大面積沉積具有很高的難度，實現(xiàn)基于β-Ga2O3膜的電子器件一直是頗具挑戰(zhàn)性的問題。實際上，包覆Ga基液態(tài)金屬表面的氧化層在制造大面積β-Ga2O3膜方面可以拓展出驚人的新應用。

眾所周知，二維（2D）材料具有許多與塊狀材料不同的有趣特性，例如壓電和光學特性，其多樣化應用潛力激發(fā)了學術界對相應合成策略的特別關注，而合成策略在很大程度上由于各種創(chuàng)新方法的提出而逐步得到拓寬。2012年，中科院理化所劉靜小組在一篇長達30頁的前瞻性論文中首次描述了基于液態(tài)金屬鎵等材料直接制備各類型導體、半導體繼而構筑功能器件的DREAM Ink（夢之墨）原理和方法；2017年，澳大利亞Kalantar-zadeh小組借助鎵基液態(tài)金屬的獨特反應環(huán)境探索了相對容易的合成路線�；�于范德華力分離表面氧化膜的方法激發(fā)了獲取超薄氧化鎵層的新方法，進一步豐富了其它功能性二維材料的合成策略。理論上，由此制成的材料在構建薄膜半導體器件方面具有獨特優(yōu)勢。然而，迄今為止，國際上直接利用液態(tài)金屬制造功能器件的研究還鮮有嘗試，將這些材料用于制備場效應晶體管半導體層的相關探索存在大量空白，學術界對這些二維材料的電性能研究尚有較大欠缺。

【成果簡介】
近日，來自清華大學醫(yī)學院、中科院理化所及北京夢之墨科技有限公司的聯(lián)合小組報道了一種利用液態(tài)金屬表面氧化物與基板之間的沖擊過程來印刷和制備硅片級薄膜半導體的新方法，相應研究闡明了液態(tài)金屬液滴下降高度和后處理溫度對氧化物層形成的影響，有望優(yōu)化大面積β-Ga2O3薄膜制造方法�；�于薄的β-Ga2O3層，通過比傳統(tǒng)摻雜方法更容易、更快捷的方法成功實現(xiàn)了具有高遷移率（~21 cm2 V-1 s-1）和高開關比（~7×104）的晶體管器件。另外，論文揭示了附著有β-Ga2O3的硅片電性能的變化規(guī)律，其顯示出較低的擊穿電壓�？梢灶A期的是，此項成果將促進基于2D半導體材料的電子器件實用化。研究成果以“通過室溫液態(tài)金屬氧化層印刷準二維β-Ga2O3半導體構建電子器件”（Printing of quasi-two-dimensional semiconducting β-Ga2O3 in constructing electronic devices via room temperature liquid metals oxide skin）為題發(fā)表在國際知名期刊Physica Status Solidi (RRL) - Rapid Research Letters上，論文共同第一作者為清華大學博士生林聚及中科院理化所博士后李倩，通訊作者為清華大學教授及理化所研究員劉靜。