梦之墨液态金属电路打印

2019年5月，南极熊参观了北京梦之墨。

液态金属电磁屏蔽涂料



液态金属导电浆料



液态金属柔性可拉伸电路



几秒钟即可打印完成的电路



梦之墨第一代液态金属电路打印机



打印的天线电路



刚打印出来的电路，光泽度很高



液态金属电路做成的教育产品，例如人体磁场，即可感应开关



液态电路画画，给传统绘画带来新的玩法

镓和镓基合金是典型的室温液态金属，具有低熔点、高表面张力、柔韧变形性、良好的导热性和导电性以及低毒性等优秀特性。基于液态金属的应用迄今已被拓展到先进热管理、柔性电子、软体机器人、生物医学等多个领域。与其它金属类似，空气与镓基液态合金之间的界面处同样易于形成薄的自限性氧化膜。在以往的系列研究中，基于氧化前后表面张力的变化被用于在酸性或碱性溶液中诱导液态金属的各种运动和变形行为。然而，到目前为止，氧化膜本身的物理性质很少受到关注。

β-Ga2O3是一种新兴的半导体材料，其具有4.6-4.9 eV的超宽带隙，高击穿电场和较大的Baliga品质因数（Baliga’s Figure of Merit, BFOM），是制备下一代高功率电子器件的候选材料之一。然而，由于β-Ga2O3膜大面积沉积具有很高的难度，实现基于β-Ga2O3膜的电子器件一直是颇具挑战性的问题。实际上，包覆Ga基液态金属表面的氧化层在制造大面积β-Ga2O3膜方面可以拓展出惊人的新应用。

众所周知，二维（2D）材料具有许多与块状材料不同的有趣特性，例如压电和光学特性，其多样化应用潜力激发了学术界对相应合成策略的特别关注，而合成策略在很大程度上由于各种创新方法的提出而逐步得到拓宽。2012年，中科院理化所刘静小组在一篇长达30页的前瞻性论文中首次描述了基于液态金属镓等材料直接制备各类型导体、半导体继而构筑功能器件的DREAM Ink（梦之墨）原理和方法；2017年，澳大利亚Kalantar-zadeh小组借助镓基液态金属的独特反应环境探索了相对容易的合成路线。基于范德华力分离表面氧化膜的方法激发了获取超薄氧化镓层的新方法，进一步丰富了其它功能性二维材料的合成策略。理论上，由此制成的材料在构建薄膜半导体器件方面具有独特优势。然而，迄今为止，国际上直接利用液态金属制造功能器件的研究还鲜有尝试，将这些材料用于制备场效应晶体管半导体层的相关探索存在大量空白，学术界对这些二维材料的电性能研究尚有较大欠缺。

【成果简介】
近日，来自清华大学医学院、中科院理化所及北京梦之墨科技有限公司的联合小组报道了一种利用液态金属表面氧化物与基板之间的冲击过程来印刷和制备硅片级薄膜半导体的新方法，相应研究阐明了液态金属液滴下降高度和后处理温度对氧化物层形成的影响，有望优化大面积β-Ga2O3薄膜制造方法。基于薄的β-Ga2O3层，通过比传统掺杂方法更容易、更快捷的方法成功实现了具有高迁移率（~21 cm2 V-1 s-1）和高开关比（~7×104）的晶体管器件。另外，论文揭示了附着有β-Ga2O3的硅片电性能的变化规律，其显示出较低的击穿电压。可以预期的是，此项成果将促进基于2D半导体材料的电子器件实用化。研究成果以“通过室温液态金属氧化层印刷准二维β-Ga2O3半导体构建电子器件”（Printing of quasi-two-dimensional semiconducting β-Ga2O3 in constructing electronic devices via room temperature liquid metals oxide skin）为题发表在国际知名期刊Physica Status Solidi (RRL) - Rapid Research Letters上，论文共同第一作者为清华大学博士生林聚及中科院理化所博士后李倩，通讯作者为清华大学教授及理化所研究员刘静。