“原子印刷制造”-限域印刷技术实现材料的超高性能和印刷制备

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2025-03-26 16:43:05 来源：今日热点网

电子产品日益向着薄、轻、柔方向发展，已形成万亿产业规模。柔性电子是电子产业未来的发展趋势，包括柔性透明电极，柔性功能器件，柔性散热和柔性能源等功能组件。电子产品和原子级制造最理想的制备是可以实现大面积、低成本和高效率印刷制备。

原子级制造是制造技术继宏/介观制造、微米制造、纳米制造后的必然发展趋势，是改造物质世界的一种终极技术能力；是推进新型工业化、建设制造强国的核心“根技术”；是世界制造大国竞争博弈的重要战场；是一项能够产生变革性影响的技术，具有颠覆性意义。

俄罗斯工程院外籍院士，英国皇家化学会会士，华中科技大学化学化工学院/机械学院特聘教授，复旦大学教授，英国伦敦国际发明金奖和铂金奖，千人计划联谊会自律委员会副主任，中国能源学会副主任，日本科学促进会学者，楚天学者特聘教授，王帅从事柔性电子（芯片）-原子制造应用基础和工业应用研究有着多年深厚的经验及成果，包括限域印刷技术和原子印刷制造，以及在芯片散热、芯片供能电池、功能芯片和人机交互智能显示等应用。提出了“限域印刷技术”，通过限域效应，对构建限域空间内材料的物理/化学行为精确调控，实现其在光电/能源/传感器件等方面超高性能印刷制备，和原子印刷制造，并在显示、显示/芯片散热等工业产品方面做出贡献。

2006年～2010年间，发展和报道的“限域喷印技术”，通过微米级别模板限域辅助的方式，在2009和2010年，分别首次实现了石墨烯印刷电子和石墨烯印刷光电传感器，已在学术界，形成了广泛影响力，被Nature Nano，Nature Chemistry，Nature Photonics，Nature Electronics，Nature Com等引用近千(986)次；在工业界，已被用于万亿产业规模OLED显示屏的印制。

随着全球信息及AI技术的飞速发展，特别是大面积显示/高端芯片对高性能薄膜散热材料的需求日益增加。利用限域印刷技术开发的散热膜，其热扩散系数达到3000 mm² s⁻¹，是国外同类产品的三到六倍。此项技术成果荣获第22届英国伦敦国际发明展的铂金奖和金奖。其中铂金奖为该展会的最高荣誉，专门颁发给在创新、实用和商业性方面表现卓越的发明项目。限域印刷技术已被用于制备碳纳米充放电最快的轻柔薄膜电容器，和解决锂电池功率密度低的局限。

俄罗斯工程院外籍院士王帅教授指导的本科生/研究生获得包括“中国青少年科技创新奖” 等20余项科研奖项，受到人民日报、青年日报和光明日报等访问和报道。获日本科学促进会JSPS fellowship（2003年）、华中科技大学十大科技进展（2015 年）、千人计划五项年度关注探索&成就之一（2015 年）、湖北省自然科学一等奖（与华科机械学院合作，2017 年）、湖北省自然科技二等奖（2020年），北京市自然科技一等奖（与北京化学所合作，2022年），中国产学研合作创新奖（2022年），英国伦敦国际发明金奖和铂金奖（2023年），中国江苏人才创新创业大赛决赛二等奖（2024年），和“中国高校科技成果交易会”重大科技成果（2024年）。

将限域空间由微米级别缩减到纳米甚至埃米级别，可以实现原子的限域印刷制造。俄罗斯工程院外籍院士团队经“十年磨一剑”，从2006年印刷微米器件，到2016实现了埃米原子的印制。团队借助限域环境（埃米级别通道和异质结等）的构建，已先后实现金和钯等原子的印刷制造，并体现了超高性能。如在2016年，借助电辅助dip-coating金原子在二氧化锰埃米级别通道。其原子沉积得到清华大学国家电镜中心的证实，并实现了接近其理论值的储电能力和金属氧化物最快电容器，被自然基金委邀稿在其主页介绍进展。单原子/团簇已被用于制备高效的阴离子交换膜电解水电堆。