“痛点也是创新的起点”

团队成员在实验室开展研究。

■本报记者张双虎

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身份发表高质量论文，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。

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。与此同时，团队还多次获得省部级及以上荣誉，团队成员获国家奖学金、国家励志奖学金、上海市奖学金等奖励。

一连串荣誉的背后，是团队和“合金墨水”一起快速“成长”的故事。

为“痛点”而生

“这种‘合金墨水’实际上含有3种‘填料’，其中一种合金微球在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黏结剂的三元复合“墨水”能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学生创新创业大赛（以下简称“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，其传统制备方式是“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。

“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。”张震说，“而且，和传统的减材制造相比，增材制造更加绿色、高效，是柔性电路的发展方向。”

然而，增材制造自身却存在“痛点”。柔性电路板通常是高分子基材，只耐受一两百摄氏度的高温，如果“电子墨水”固化温度过高会“烫坏”基材。此外，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，生产成本高昂。

“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，我们当时就想解决其中一些问题。”

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，为了提高“合金墨水”的导电性能与印刷性能，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。

然而，实验进行了两三个月，仍无法获得满意的合金微球形貌，团队成员们有些泄气了。

“合金微球没有满意的形貌，会影响配成浆料的黏度，导致无法印刷或构筑导电通路。”张震说。

他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中寻找答案，从机理上厘清金属晶核如何形成、金属微球如何围绕晶核“生长”。

沿着这一思路，团队制定了让锡、铋两种金属一起“长”的方案。两种金属在“生长”时相互“干扰”，可形成一种无定型的“纳米种子”。“纳米种子”可在较低温度下熔融，通过控温熟化灵活调控高球形度合金微球尺寸。

很快，以合金微球作为关键填料的“合金墨水”的导电和印刷性能得到大幅提升。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。

和课题“待”足1000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，实验室成果与真正的产品之间还有很远的距离。

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“冒”了出来。在经历一次次优化迭代后，“合金墨水”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。

在华理科技园的推动下，“合金墨水”顺利通过中试验证。样品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，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，为创业的教师或学生提供场地租金优惠等条件，以及公司注册、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助力我们加速攻克技术难题。”

谈及该项目的成功，张震认为，课堂授课的方式下，师生间有效互动有限，以老师的“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，对学生成长十分重要。

张震强调团队成员要和课题“待得久”，不管是讨论、查文献还是做实验，至少要和课题“待”足1000小时。

“张老师常说，只有和课题‘待’的时间够久，才能将问题思考得更加深入、提出独到的解决思路。两年多的全身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、刚刚获得北京大学?保研资格的范世昌说。

该团队成员之一、已直博北京大学的唐桤泽认为，取得这样的成绩要归功于两点，一是团队的密切合作，“一天一总结、两天一讨论”是团队的日常；二是导师的悉心指导，保障了团队的高效运转。

“粗略估算，几年来我和学生待在一起的时间远超1000小时。其实在这个过程中，老师也是受益者，能从学生身上发现很多闪光点，学到很多东西。同时，老师的科研态度和专业精神也会对学生产生积极影响。”张震补充说。

在张震看来，实验室的研究往往只关注某项关键指标，但一项实验室研究成果真正成为产品，并非只解决一两个技术问题就可以，而是要考虑它是否满足市场需要、性能是否有优势、成本是否有竞争力等。“只有开发者通盘考虑多方面因素，才能够更好地推动成果转化，服务社会经济发展。”