“‘痛點’是創新的起點……”

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近段時間，好消息紛至沓來。

華東理工大學（以下簡稱華理）青年教師張震團隊的本科生以第一作者發表高質量論文，他們研制的“合金墨水”通過中試驗證并實現公斤級批量生產，團隊成員相繼被保送或直博北大，4名成員獲國家獎學金……

實際上，圍繞“合金墨水”研制項目，該團隊已獲8項專利、6項軟件著作權。相關技術已成功應用于柔性混合電子封裝和柔性電路印刷生產，且測試企業反饋良好。團隊多次獲省部級及以上榮譽，獲國家獎學金、國家勵志獎學金、上海市獎學金等獎勵。在一連串榮譽的背后，是該科創團隊和“合金墨水”一起“快速成長”的故事。

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團隊進行實驗。華理供圖

“合金墨水”為“痛點”而生

“這種‘合金墨水’實質含有三種‘填料’，其中一種合金微球低溫熔融后能把另外兩種連起來，從而‘長’成柔性電路。”張震告訴《中國科學報》。

這種以錫鉍合金微球作為金屬粘結劑的三元復合“墨水”可以通過瞬時液相擴散焊連接銅、錫微球，形成長程連續導電通路。它具有燒結溫度低、導電性能好、直寫印刷精度高等優點。在柔性印刷電路板（FPCB）的直寫生產、柔性混合電子焊接封裝、柔性傳感器等電子元件的印刷生產方面具有廣闊的應用前景。

2019年，博士畢業的張震入職華理，開始指導學生參加“大創”。經過細致調研分析，團隊認為隨著人工智能、5G、物聯網等領域的快速發展，可彎曲的柔性可穿戴電子產品會成為消費電子行業的發展方向。

柔性電路制備是柔性可穿戴電子產品發展的關鍵，傳統制備柔性電路的方式是“減材制造”，即通過刻蝕柔性覆銅板來制備電路。該技術前后要經過10余道工序，不僅工期長，而且原料利用率小于10%，污染、浪費都很嚴重。

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張震（右）指導學生。華理供圖

“我一直聚焦于柔性電子增材制造——通過印刷的方式實現不同場景中的電路制備。學生也來自光電信息科學與工程專業，對光電材料比較熟悉。”張震補充說，“而且，和傳統的減材制造相比，增材制造更綠色、高效，是柔性電路印制的發展方向。”

在我國實現“雙碳”目標的背景下，增材制造顯然更具潛力，但增材制造自身卻存在“痛點”。柔性電路板通常是高分子基材，其耐溫只有一兩百度，如果 “電子墨水”固化溫度過高會“燙壞”基材，而傳統的“電子墨水”還存在導電性能欠佳、與基材結合力弱等缺陷，不能滿足工業應用的要求。而且，很多“電子墨水”以銀為主材，生產成本昂貴。

“痛點也是創新的起點。”張震解釋說，“這個領域確實存在一些亟待解決的難題，我們當時就想解決這個領域存在的一些問題。”

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討論。華理供圖

回到本源解決問題

選定方向后，張震帶領項目團隊從課題研究到備賽參賽，歷經立項、攻關、轉化、路演、融資等多個環節的磨礪。

“走沒人走過的路，自然要不斷地‘吃苦’。”團隊成員之一、剛剛獲得國家獎學金的錢晟說，“回望整個技術研發及成果轉化過程，不僅工作量巨大，而且困難重重。”

研發過程中，為了增加“合金墨水”金屬含量（提高導電性能）與提高印刷性能，需要合成球形度高、表面光滑致密的錫鉍合金微球。為此，團隊制定了多套方案，嘗試了高溫熔融、高速剪切、電沉積等技術路線。

實驗進行了兩三個月，仍無法獲得滿意的合金微球形貌，隊員們有些泄氣了。

“合金微球沒有滿意的形貌會影響配成漿料的黏度，導致無法印刷或導電通路的構筑。”張震說，“我不能看著他們一直在原地打轉。”

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配置“合金墨水”。華理供圖

張震召集團隊成員一起討論問題。經過仔細分析，他認為應該回到問題的本源——晶體形成的基本過程去找答案，從機理上搞清楚金屬晶核如何形成，金屬微球如何圍繞晶核“生長”的過程。

沿著這一思路，團隊制定了讓錫、鉍兩種金屬一起“長”的方案。讓兩種金屬在“生長”時相互“干擾”，形成一種無定型的“納米種子”。“納米種子”在較低溫度下熔融，進而通過控溫熟化，實現高球形度合金微球尺寸的靈活調控。

很快，以合金微球作為關鍵填料的“合金墨水”在導電和印刷性能方面都得到大幅度提升。思路的轉換不僅圓滿解決了困擾團隊很久的技術難題，還為他們帶來了兩篇高質量論文。項目期間，團隊先后獲第十八屆“挑戰杯”上海市大學生課外學術科技作品競賽特等獎、第十五屆全國大學生創新創業年會“我最喜愛的項目”等10余項省部級及以上榮譽。10人次獲國家獎學金、國家勵志獎學金、上海市獎學金。

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中試驗證。華理供圖

和課題“待”足1千小時

從指導學生參加“大創”到參與多種學科競賽，再到推動研究成果轉移轉化，張震最大的感受是實驗室成果到真正的產品間還有很遠距離。

開發“合金墨水”技術之初，張震最看重的是如何將合金體系的固化溫度降下來。隨著舊問題逐步解決，新問題又會“冒”出來，在經歷一次次優化迭代后，“合金墨水”逐步在低溫固化、導電性能、打印精度、耗材成本和工藝便利性方面體現出綜合優勢來。

在華理科技園的推動下，“合金墨水”順利通過中試驗證。樣品也被送到上海理凱材料科技有限公司、廈門銀方新材料科技有限公司等企業測試。目前，該技術已成功應用于柔性混合電子封裝和柔性電路印刷生產，且測試企業反饋良好。

“華理以科技園方式推動學校的科研成果轉化、支持學生創業。也會為創業的教師或學生提供場地租金優惠等條件，提供公司注冊、代理記賬、申請貸款等方面服務。”張震說，“在基礎研究中，學校良好的學術氛圍和科研條件加速了我們攻克技術難題。”

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和企業交流。華理供圖

談及該項目的成功，張震認為，課堂授課的方式師生間有效互動受限，以老師對學生的“單方面輸出”為主。而這種以具體項目為依托的實踐式、課題式教育對學生成長很重要。

張震強調團隊成員要和課題“待的久”，不管是討論、查文獻還是做實驗，至少要和課題“待”足1千小時。

“張老師常說，只有和課題‘待’得時間夠久，才能將問題思考得更加深入，提出獨到的解決思路，兩年多的全心投入讓我更加深刻領悟到課題本質和專業學習的方法。”該團隊成員之一、剛剛獲得保研北大資格的范世昌說。

該團隊成員之一、已直博北大的唐榿澤認為，取得這樣成績歸功于兩點，一是團隊的密切合作，“一天一總結、兩天一討論”成為團隊的日常；二是導師的悉心

指導和陪伴，保障了團隊高效運轉。

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參加科技作品競賽。華理供圖

在“雙創”過程中，指導老師和學生待在一起的時間很久，從課題到生活，師生之間也會有深入的互動。