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“‘痛点’是创新的起点……”
原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/10/510722.shtm
近段时间，好消息纷至沓来。
华东理工大学（以下简称华理）青年教师张震团队的本科生以第一作者发表高质量论文，他们研制的“合金墨水”通过中试验证并实现公斤级批量生产，团队成员相继被保送或直博北大，4名成员获国家奖学金……
实际上，围绕“合金墨水”研制项目，该团队已获8项专利、6项软件著作权。相关技术已成功应用于柔性混合电子封装和柔性电路印刷生产，且测试企业反馈良好。团队多次获省部级及以上荣誉，获国家奖学金、国家励志奖学金、上海市奖学金等奖励。在一连串荣誉的背后，是该科创团队和“合金墨水”一起“快速成长”的故事。
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团队进行实验。华理供图
“合金墨水”为“痛点”而生
“这种‘合金墨水’实质含有三种‘填料’，其中一种合金微球低温熔融后能把另外两种连起来，从而‘长’成柔性电路。”张震告诉《中国科学报》。
这种以锡铋合金微球作为金属粘结剂的三元复合“墨水”可以通过瞬时液相扩散焊连接铜、锡微球，形成长程连续导电通路。它具有烧结温度低、导电性能好、直写印刷精度高等优点。在柔性印刷电路板（FPCB）的直写生产、柔性混合电子焊接封装、柔性传感器等电子元件的印刷生产方面具有广阔的应用前景。
2019年，博士毕业的张震入职华理，开始指导学生参加“大创”。经过细致调研分析，团队认为随着人工智能、5G、物联网等领域的快速发展，可弯曲的柔性可穿戴电子产品会成为消费电子行业的发展方向。
柔性电路制备是柔性可穿戴电子产品发展的关键，传统制备柔性电路的方式是“减材制造”，即通过刻蚀柔性覆铜板来制备电路。该技术前后要经过10余道工序，不仅工期长，而且原料利用率小于10%，污染、浪费都很严重。
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张震（右）指导学生。华理供图
“我一直聚焦于柔性电子增材制造——通过印刷的方式实现不同场景中的电路制备。学生也来自光电信息科学与工程专业，对光电材料比较熟悉。”张震补充说，“而且，和传统的减材制造相比，增材制造更绿色、高效，是柔性电路印制的发展方向。”
在我国实现“双碳”目标的背景下，增材制造显然更具潜力，但增材制造自身却存在“痛点”。柔性电路板通常是高分子基材，其耐温只有一两百度，如果 “电子墨水”固化温度过高会“烫坏”基材，而传统的“电子墨水”还存在导电性能欠佳、与基材结合力弱等缺陷，不能满足工业应用的要求。而且，很多“电子墨水”以银为主材，生产成本昂贵。
“痛点也是创新的起点。”张震解释说，“这个领域确实存在一些亟待解决的难题，我们当时就想解决这个领域存在的一些问题。”
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讨论。华理供图
回到本源解决问题
选定方向后，张震带领项目团队从课题研究到备赛参赛，历经立项、攻关、转化、路演、融资等多个环节的磨砺。
“走没人走过的路，自然要不断地‘吃苦’。”团队成员之一、刚刚获得国家奖学金的钱晟说，“回望整个技术研发及成果转化过程，不仅工作量巨大，而且困难重重。”
研发过程中，为了增加“合金墨水”金属含量（提高导电性能）与提高印刷性能，需要合成球形度高、表面光滑致密的锡铋合金微球。为此，团队制定了多套方案，尝试了高温熔融、高速剪切、电沉积等技术路线。
实验进行了两三个月，仍无法获得满意的合金微球形貌，队员们有些泄气了。
“合金微球没有满意的形貌会影响配成浆料的黏度，导致无法印刷或导电通路的构筑。”张震说，“我不能看着他们一直在原地打转。”
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配置“合金墨水”。华理供图
张震召集团队成员一起讨论问题。经过仔细分析，他认为应该回到问题的本源——晶体形成的基本过程去找答案，从机理上搞清楚金属晶核如何形成，金属微球如何围绕晶核“生长”的过程。
沿着这一思路，团队制定了让锡、铋两种金属一起“长”的方案。让两种金属在“生长”时相互“干扰”，形成一种无定型的“纳米种子”。“纳米种子”在较低温度下熔融，进而通过控温熟化，实现高球形度合金微球尺寸的灵活调控。
很快，以合金微球作为关键填料的“合金墨水”在导电和印刷性能方面都得到大幅度提升。思路的转换不仅圆满解决了困扰团队很久的技术难题，还为他们带来了两篇高质量论文。项目期间，团队先后获第十八届“挑战杯”上海市大学生课外学术科技作品竞赛特等奖、第十五届全国大学生创新创业年会“我最喜爱的项目”等10余项省部级及以上荣誉。10人次获国家奖学金、国家励志奖学金、上海市奖学金。
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中试验证。华理供图
和课题“待”足1千小时
从指导学生参加“大创”到参与多种学科竞赛，再到推动研究成果转移转化，张震最大的感受是实验室成果到真正的产品间还有很远距离。
开发“合金墨水”技术之初，张震最看重的是如何将合金体系的固化温度降下来。随着旧问题逐步解决，新问题又会“冒”出来，在经历一次次优化迭代后，“合金墨水”逐步在低温固化、导电性能、打印精度、耗材成本和工艺便利性方面体现出综合优势来。
在华理科技园的推动下，“合金墨水”顺利通过中试验证。样品也被送到上海理凯材料科技有限公司、厦门银方新材料科技有限公司等企业测试。目前，该技术已成功应用于柔性混合电子封装和柔性电路印刷生产，且测试企业反馈良好。
“华理以科技园方式推动学校的科研成果转化、支持学生创业。也会为创业的教师或学生提供场地租金优惠等条件，提供公司注册、代理记账、申请贷款等方面服务。”张震说，“在基础研究中，学校良好的学术氛围和科研条件加速了我们攻克技术难题。”
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和企业交流。华理供图
谈及该项目的成功，张震认为，课堂授课的方式师生间有效互动受限，以老师对学生的“单方面输出”为主。而这种以具体项目为依托的实践式、课题式教育对学生成长很重要。
张震强调团队成员要和课题“待的久”，不管是讨论、查文献还是做实验，至少要和课题“待”足1千小时。
“张老师常说，只有和课题‘待’得时间够久，才能将问题思考得更加深入，提出独到的解决思路，两年多的全心投入让我更加深刻领悟到课题本质和专业学习的方法。”该团队成员之一、刚刚获得保研北大资格的范世昌说。
该团队成员之一、已直博北大的唐桤泽认为，取得这样成绩归功于两点，一是团队的密切合作，“一天一总结、两天一讨论”成为团队的日常；二是导师的悉心
指导和陪伴，保障了团队高效运转。
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参加科技作品竞赛。华理供图
在“双创”过程中，指导老师和学生待在一起的时间很久，从课题到生活，师生之间也会有深入的互动。
