科大团队研发低成本多功能精密微型列印机　实现高速打印压电薄膜

香港科技大学（科大）领导的研究团队成功研发出一种微型列印机，其打印压电薄膜的速度比现有技术快100倍，或可降低大批量制造应用压电元件之各类微机电系统产品，如传感器、可穿戴或植入式医疗仪器的成本。

相较市面上的微型列印机，这款微型列印机的成本更低。它利用静电场力将墨水高速喷射到基板上，并精确、迅速地操作薄膜图案成型。由于列印速度极快，结构尺寸精密控制水平高，该列印机能有效应对目前压电元件大规模生产的挑战。

压电元件包括纳米颗粒、薄膜和微图案，在传感、驱动、催化和能量收集等领域有广泛应用。然而，因要在不同基板材料上精确控制元件结构和特征尺寸的过程依然复杂且困难，所以至今为止大规模生产这些压电元件仍然具有挑战性。

由于对微机电系统、可穿戴/植入式电子产品、小型可携设备和物联网的需求不断增加，压电材料因其能将机械能和电能耦合在一起的特性而受到越来越多的关注。科大研究团队最近开发了一种适用于压电薄膜、微图案和纳米颗粒的超快多功能微型列印技术，为实现几乎任何材料构成的3D零件的高速和大规模微制造，迈出了重要一步。

研究过程中，科大机械及航空航天工程学系副教授杨征保的团队利用自主设计的多刺倒伞状列印喷头和相连接的高压电源，构建了3D微型列印机主体。当足够强大的静电场作用到喷头时，墨水会从每个刺尖喷射出来，就像雷暴天气积雨云中的雨滴尖端喷射出带电液滴流一样。

该列印机的打印速度比现有技术快100倍，并能像半导体光刻一样高效地列印薄膜图案，例如只需10分钟，它就能在4英寸硅晶圆上制造出10微米厚的压电薄膜，整个过程几乎无制造废料。这项突破性技术可制造出麦克风、临床超声探头的压电元件，以及可以用作制造薄膜太阳能电池板，并有望降低相关产品的生产成本。

杨教授表示：「团队研发的微型列印机具有多种材料的列印能力，包括功能陶瓷、金属纳米颗粒、绝缘聚合物和生物分子。同时，它还可以以目前已知的最快速度打印具有商业薄膜压电性能的元件。这种全新且低成本的精密列印机将为科学界和工业界带来许多启示，推动更多技术的发现和突破。」

团队研发的微型列印机成本仅为6000港元，是目前市场上成本最低的选择之一。该列印机已进入规模生产调试阶段，团队成员正在将其与卷对卷系统集成，以适应大规模生产需求。此外，他们正积极寻求潜在的商业合作伙伴，以进一步扩大市场影响力。

杨教授续称：「目前一般的微制造技术无法快速且多功能地制造多样化的压电元件，也难以精确控制元件的尺寸、结构和功能。此外，制造微米特征尺寸压电元件所需的设备成本高且操作复杂，使得规模化生产变得困难。」

这项研究是由香港科技大学与香港城市大学合作完成，研究成果最近已在《自然-通讯》科学期刊发表。

（原文于2023年11月9日在EurekAlert刊登。）