液態(tài)金屬,讓人首先聯(lián)想到的是《終結(jié)者2》中隨意改變形狀的液態(tài)金屬機(jī)器人,這似乎離現(xiàn)實(shí)很遠(yuǎn),但親眼見(jiàn)到北京夢(mèng)之墨科技有限公司(下稱夢(mèng)之墨)用液態(tài)金屬制成的天線和RFID器件時(shí),你會(huì)發(fā)現(xiàn),未來(lái)已來(lái)。
所謂液態(tài)金屬,通常是指在常溫下呈現(xiàn)液體狀態(tài)的功能金屬材料,兼具金屬和流體兩種在常規(guī)條件下難以共融的特性。2017年1月,我國(guó)發(fā)布《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》將液態(tài)金屬列為新材料產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)扶持方向之一。液態(tài)金屬的重大價(jià)值越來(lái)越得到廣泛認(rèn)同,2018年全球幾百個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)紛紛加入其中。
中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所(下稱中科院理化所)研究員、清華大學(xué)教授劉靜團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域深耕數(shù)十年,憑借諸多重大發(fā)現(xiàn)和前沿研究成為當(dāng)之無(wú)愧的引領(lǐng)者。夢(mèng)之墨正是脫胎于劉靜團(tuán)隊(duì)的科研成果。用聯(lián)合創(chuàng)始人、首席技術(shù)官于洋的話說(shuō),自一成立,夢(mèng)之墨就“站在了巨人的肩膀上”。
技術(shù)創(chuàng)新站上巨人的肩膀
2001年前后,劉靜努力尋找一種能讓計(jì)算機(jī)芯片快速散熱的材料。在多次嘗試后,他發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬具有超高的導(dǎo)熱性。隨后,他帶學(xué)生率先發(fā)現(xiàn)了液態(tài)金屬的眾多科學(xué)現(xiàn)象和基礎(chǔ)效應(yīng),如2011年,劉靜及其學(xué)生發(fā)表了關(guān)于計(jì)算機(jī)CPU液態(tài)金屬散熱器的研究論文;2014年年初,他們**發(fā)現(xiàn)了“電場(chǎng)控制下液態(tài)金屬與水的復(fù)合體可在各種形態(tài)及運(yùn)動(dòng)模式之間發(fā)生轉(zhuǎn)換”的基本現(xiàn)象等。
在研究液態(tài)金屬散熱的過(guò)程中,劉靜團(tuán)隊(duì)還意外地發(fā)現(xiàn)這種材料容易沾染,可以附著在樹葉、皮膚等任意物體表面。面對(duì)這一偶然的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),開(kāi)闊的科研思維促使他們逆向思考:為什么不把它做成可以打印的電子墨水,讓電路的印刷、打印變成可能?
就是這貌似靈光一現(xiàn)的想法,帶來(lái)了技術(shù)上的極大突破。起初,劉靜團(tuán)隊(duì)在中關(guān)村買來(lái)各種類型的常規(guī)打印設(shè)備,嘗試將液態(tài)金屬像墨水一樣灌注其中,但無(wú)一例外全部以失敗告終。原來(lái),液態(tài)金屬不論是密度、粘度還是扁平張力與常規(guī)的水性或油性的墨水材料都有極大的差異,為此,他們進(jìn)行了雙向改良:一方面通過(guò)對(duì)材料進(jìn)一步改性,以滿足其在打印過(guò)程中的種種需求;另一方面,自主開(kāi)發(fā)了一套全新的基于液態(tài)金屬或合金電子墨盒的電路直接打印技術(shù)(其英文首字母正是DREAM ink),從整機(jī)到墨盒以滿足液態(tài)金屬新材料的打印需求。
在傳統(tǒng)大工業(yè)生產(chǎn)中,電子電路是在流水線上批量化生產(chǎn)的,可一旦要改變電路,就要重新更換模具,成本很高。而且傳統(tǒng)的電路生產(chǎn)方式是“減材”,要先在電路板上鍍銅再把不需要的地方腐蝕掉,耗時(shí)、耗能、污染高。于洋介紹說(shuō),采用“增材”方式,用液態(tài)金屬作“墨水”直接寫出電路,直接快速制造出柔性可拉伸電子電路及終端功能器件,既簡(jiǎn)單又環(huán)保,將重塑傳統(tǒng)電子及集成電路制作規(guī)則。
為了推進(jìn)液態(tài)金屬電子增材制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,從中科院理化所獲得43件專利的獨(dú)占許可后,2014年夢(mèng)之墨(DREAM ink)注冊(cè)成立。
雙管齊下拓展產(chǎn)業(yè)化路徑
液態(tài)金屬根據(jù)不同成分和配比,具有不同的特性,夢(mèng)之墨就此研發(fā)了系列液態(tài)金屬材料,但夢(mèng)之墨的定位并非材料公司,而是基于液態(tài)金屬提供電子印刷解決方法的企業(yè),因此更關(guān)注如何將液態(tài)材料應(yīng)用到印刷電子和電子制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
“教育應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用雙管齊下。”于洋介紹,夢(mèng)之墨**開(kāi)始是以教育應(yīng)用為突破口,但隨著技術(shù)不斷成熟,目前也在建立生產(chǎn)線,將與制造廠商合作,采用DREAM ink技術(shù)為其提供RFID器件、天線等。
目前,清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、重慶大學(xué)等高校都陸續(xù)采購(gòu)了夢(mèng)之墨的相關(guān)設(shè)備。就像激光打印機(jī)將文件打印到紙張上,夢(mèng)之墨低溫液態(tài)金屬打印機(jī)能把設(shè)計(jì)好的電子電路現(xiàn)場(chǎng)打印出來(lái),以用于電子工程領(lǐng)域的研發(fā)、教學(xué)和快速驗(yàn)證等。今年年初,夢(mèng)之墨還聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了液態(tài)金屬的秒級(jí)印刷電路制作工藝,只需要10秒鐘就能打印一個(gè)電路,速度和精度都進(jìn)一步提高,達(dá)到了準(zhǔn)工業(yè)級(jí)的水平。
在工業(yè)級(jí)應(yīng)用上,隨著電路設(shè)計(jì)日趨小型化、柔性化、綠色和低成本,夢(mèng)之墨可在各種基材上直接制作電子器件的直寫式印刷方法,有著更大的想象空間。
以物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽為例,為了提升服務(wù)業(yè)管理水平,采用RFID物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)酒店毛巾、床單等布草的可視化管理成為行業(yè)共識(shí)。給每件布草附著一枚“身份證ID碼”,布草每一道洗滌工序的經(jīng)歷,都會(huì)猶如電子檔案被記錄在冊(cè),并且這些記載信息可隨時(shí)隨地被查詢、知曉。但布草的洗滌流程復(fù)雜,所附著的水洗標(biāo)簽需具備耐高溫、耐沖洗、耐壓、耐折等多重特性,傳統(tǒng)電路制造工藝下的電子標(biāo)簽往往難以滿足要求?!皦?mèng)之墨技術(shù)的水洗標(biāo)簽在洗滌200次后,性能都沒(méi)有明顯衰減。”于洋介紹。
知識(shí)產(chǎn)權(quán)護(hù)航科技型企業(yè)
脫胎于科研團(tuán)隊(duì),發(fā)軔于專利成果,夢(mèng)之墨自一成立就有了知識(shí)產(chǎn)權(quán)先行的自覺(jué)意識(shí)與行動(dòng)。
“夢(mèng)之墨于2014年注冊(cè),2015年底才開(kāi)始實(shí)際運(yùn)行,注冊(cè)后的這段時(shí)間我們主要在做知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的工作?!庇谘蠼榻B,當(dāng)時(shí)夢(mèng)之墨從中科院理化所獲得了43件專利的獨(dú)占許可,還對(duì)夢(mèng)之墨的商標(biāo)、域名進(jìn)行了注冊(cè)保護(hù)。
公司成立后,從不到10人的核心團(tuán)隊(duì)到發(fā)展為70多名員工,夢(mèng)之墨的業(yè)務(wù)不斷拓展,目前,公司近半數(shù)人員仍然是研發(fā)團(tuán)隊(duì)。截至目前,夢(mèng)之墨已提交中國(guó)專利申請(qǐng)350件,并通過(guò)《專利合作條約》(PCT)途徑提交**專利申請(qǐng)15件,涉及液態(tài)金屬打印設(shè)備、液態(tài)金屬材料、柔性電子等多個(gè)領(lǐng)域。
去年,夢(mèng)之墨攜“室溫液態(tài)金屬電子電路打印系統(tǒng)”,參加中國(guó)海淀高價(jià)值專利培育大賽一舉奪魁。北京中知智慧科技有限公司知識(shí)產(chǎn)權(quán)專家馮琳琳,經(jīng)過(guò)專利檢索分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)時(shí),全球液體金屬打印技術(shù)申請(qǐng)量很少,夢(mèng)之墨與液態(tài)金屬打印相關(guān)的技術(shù)處在**地位。
隨著公司業(yè)務(wù)的發(fā)展,夢(mèng)之墨的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理理念也在不斷調(diào)整?!皩@Wo(hù),既不能泄露我們的技術(shù)秘密,也要合理保護(hù)創(chuàng)新成果,還要有發(fā)展性的保護(hù)能力?!庇谘蠼榻B,因?yàn)橐簯B(tài)金屬屬于全新的技術(shù)領(lǐng)域,公司的研發(fā)成果并不用擔(dān)心專利授權(quán)前景,而更看重合理保護(hù)范圍的高質(zhì)量專利。
去年,夢(mèng)之墨憑借2件發(fā)明專利和1件實(shí)用新型專利,完成了300萬(wàn)元的知識(shí)產(chǎn)權(quán)質(zhì)押融資。促成這一質(zhì)押融資的服務(wù)機(jī)構(gòu)北京知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)營(yíng)管理有限公司負(fù)責(zé)人表示,高水平的創(chuàng)新、高質(zhì)量的專利,是夢(mèng)之墨的**重要的無(wú)形資產(chǎn),今年還將為其提供新一筆知識(shí)產(chǎn)權(quán)質(zhì)押融資服務(wù)。
采用液態(tài)金屬制作的印刷電路和傳統(tǒng)電路相比,從表面看與傳統(tǒng)電路似乎沒(méi)什么區(qū)別,體現(xiàn)不出未來(lái)技術(shù)的科技感,但在成本、效率、良率和環(huán)保各方面占盡優(yōu)勢(shì)?!爱a(chǎn)品**一步死,**半步生?!庇谘笳f(shuō),公司在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中深刻體會(huì)到了任正非說(shuō)過(guò)的這句話。液態(tài)金屬的應(yīng)用擁有巨大空間,但產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用必須綜合考慮用戶的認(rèn)知和使用習(xí)慣、配套系統(tǒng)的支持等諸多因素,公司在液態(tài)金屬領(lǐng)域很多更**的技術(shù)儲(chǔ)備比如可拉伸電路等,還在等待著軟性機(jī)器人出現(xiàn)的那**。
點(diǎn)評(píng)
從實(shí)驗(yàn)室技術(shù)到市場(chǎng)化的產(chǎn)品和應(yīng)用,從來(lái)都沒(méi)有捷徑;對(duì)于擁抱“未來(lái)技術(shù)”的夢(mèng)之墨,其產(chǎn)業(yè)化之路更不是坦途。因?yàn)樵摷夹g(shù)本身具有很強(qiáng)的超前性,夢(mèng)之墨走過(guò)不少?gòu)澛?,但也摸索出了清晰的產(chǎn)業(yè)化路徑。其中,技術(shù)創(chuàng)新是根本,知識(shí)產(chǎn)權(quán)先行是保障,專利的創(chuàng)造、運(yùn)用、保護(hù)和管理貫穿了實(shí)驗(yàn)室技術(shù)從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化的全過(guò)程。(本報(bào)記者 劉 仁)
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