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液态金属是近年来得到重视的一类功能材料,已在能源、电子领域有了一定的应用。为了推进这类材料的增材制造技术应用,本文研究了液态金属这一功能材料的过冷度、粘度、润湿性、电磁驱动性等性质,并探索了它在制造固态电子线路、孔版印刷、3D打印方面的应用,主要研究进展如下: 1.首次提出液态金属材料基因组计划,阐述了设计开发液态金属材料应采用的理论和实验方法,以期对液态金属的性质和应用研究提供一个方向性的指导。以In-Na和In-Ca二元系为例,说明了相图计算在材料设计中的作用。 2.进行了液态金属的性能研究,包括:分析了Ga金属的升降温曲线特点,测量并研究了Ga的过冷度和基底类型、降温速率之间的关系;通过物理性能量测系统分别测量并分析了Bi35In48.6Sn16Zn0.4的电导率、热导率、热膨胀率、热膨胀系数与温度的关系曲线,用震荡杯法测量了它的动力粘度随温度的变化关系;进行了液态金属电磁驱动性质的研究,将液态金属和电解液置于一个加有磁场的同心圆环形电极之间,当电极通电时,液态金属可在洛伦兹力的驱动下作离心旋转运动,电解液起到减小运动阻力的作用。这种装置可称之为一种液态金属电动机,它将电磁能转换为机械动能,在芯片冷却、液态金属泵、材料搅拌、柔性机器等方面有一定的应用前景。 3.实现了一种固态电子线路或图案的直写式打印方法,可以方便快捷的制作金属线路或图案。为了说明这种方法在印刷电子中的应用,打印了一个线电阻器,其电阻-温度曲线特性表明它可以应用在温度控制系统中;进而,打印了一个双菱形天线,反射系数的测量结果与仿真结果体现出很好的一致性。 4.探索了液态金属孔版印刷方法,包括镂空印刷和丝网印刷。使用这种打印方法,可以在不同粗糙度的硬质或柔软的基底上快速印刷各种复杂图案,这种省时、低成本的印刷方法在制造柔性电子特别是纸基电子、金属标签、金属字画、智能家居等方面有巨大的应用潜力。 5.在3D打印方面,提出一种液相冷却的方法来制造目标金属物体,不仅可以实现快速冷却,还有效的避免或减少了传统3D打印中存在的氧化问题。另外,实验探索了金属-非金属复合式3D打印方法,使用Bi35In48.6Sn16Zn0.4和705硅橡胶墨水打印出一个三层的三色LED立体电路,说明了用这种复合式打印制造功能电路的可行性。