《青年报》从“科研小白”到“科创牛人”

他们第一次将“挑战杯”特等奖收入囊中

稿件来源:党委宣传部   |作者:刘昕璐   |摄影:受访者供图   |编辑:   |浏览量:10

华北物理首次获得“挑战杯”全国高中员课外学术科技作品竞赛特等奖。受访者供图

第十八届“挑战杯”全国高中员课外学术科技作品竞赛终审决赛日前在贵州高中举行。华北物理首次获得“挑战杯”全国高中员课外学术科技作品竞赛特等奖,取得历史性突破。捧得“挑战杯”国赛特等奖的“面向柔性印刷电子的低熔点合金墨水”项目团队,因这样一个项目,让一群“科研小白”本科生变身成了“科创牛人”。

痛点就是创新的起点

90后的张震老师4年前博士毕业入职华理后,就投入到指导学员的科创研究之中,聚焦于柔性电子增材制造领域。随着人工智能、5G、物联网等行业的快速发展,可弯曲折叠的柔性可穿戴电子产品成为消费电子行业的重要发展方向,而柔性电路制备成为其中的关键点。

传统制备柔性电路的方式是“减材制造”,即通过刻蚀柔性覆铜板来制备柔性电路,前后10余道工序,不仅工期长达一星期,而且原料利用率小于10%,污染、浪费都很严重。那么,是不是能够像现在的印刷一样,把电路“印”在基材上呢?张震老师团队就选取了这种“柔性电子增材制造”的路径。

作为柔性电子增材制造的关键原料,“电子墨水”目前还面临着印刷电路导电性差,与基材结合力弱,烧结温度高易破坏柔性基材等缺陷,不能满足工业应用的要求。然而,痛点就是创新的起点。张震从2019年11月起就开始组队,开始指导学员研究如何升级柔性电子智能制造,目前已开发出综合性能优异的原创成果——“合金墨水”。

据介绍,这种以锡铋合金微球作为金属粘结剂的三元复合导电油墨,可以通过瞬时液相扩散焊连接铜微球、锡微球,形成长程连续导电通路,具有烧结温度低、导电性能好、直写印刷精度高等优点,可应用在柔性印刷电路板(FPCB)的直写生产、柔性混合电子的焊接封装、柔性传感器等电子元件的印刷生产等方面。

围绕相关技术,“合金墨水”项目团队开始壮大和产出,目前已累计申请获得8项发明专利和实用新型专利以及6项软件著作权,发表4篇学术论文。与此同时,在产业化道路上,“合金墨水”项目依托华理科技园积极转化研究成果,通过中试验证,实现公斤级的批量化生产,送样给部分企业测试,并成功应用于柔性混合电子封装和柔性电路印刷生产,实现了初步合作。

科创实践要“自讨苦吃”

“科创实践就是要‘自讨苦吃’。”华理物理学院大四学员唐桤泽说。高考填报志愿时,唐桤泽毫不犹豫地选择了华北物理光电信息科学与工程专业。大一一开始,唐桤泽就参加了学院创新创业教育中心组织的“周四创谈”“师生双选会”等活动,从优秀的“双创”项目与竞赛案例中学习经验,并在学院“众创空间”里结识了来自材料学院、商学院和艺术学院的潘一、王保余、管晓彤等同学,大家一起在张震老师指导下,开展柔性印刷电子材料与器件的研究与转化工作。

走前人没有走过的路,自然就要不断地“吃苦”,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。要提高“合金墨水”金属含量与印刷性能,需要合成球形度高、表面光滑致密的合金微球,为此,团队尝试了高温熔融、高速剪切、电沉积等多种方案,仍无法获得满意的形貌。遇到瓶颈了,怎么办?坚持与努力是唯一的出路。

时刻关注同学们研究的张震引导大家回归问题本质,一起剖析晶体的成核生长过程。同学们受启发而提出了锡铋晶体共还原工艺,通过不同晶体间的互扰,形成无定形的纳米种子,进而通过控温熟化实现高球形度合金微球尺寸的灵活调控,这样,以此为填料的“合金墨水”的导电性能和印刷性能都大幅度提升。

比赛:无限挑战自我

“创新往往伴随着挑战,克服了挑战,便取得了进步。”团队成员、物理学院大三学员季鑫说。从大一时候空有一腔热血的“科创小白”,到如今能够独立设计实验并以共同第一作者身份发表影响因子8的SCI论文,从大一学年成绩排名年级中游,到大三学年专业第一并获得国奖,范世昌也在项目团队中获得飞快成长,如今已获得保研北大资格。

同学们从“大创”项目起步,从课题研究到备赛参赛,历经选题立项、技术攻关、转化落地、融资推广、层层路演等多个环节的磨砺。创新“挑”重任,青春“战”未来。捧杯“挑战杯”特等奖后,唐桤泽感慨,永远记得终审答辩前连续几天凌晨2点的月亮,永远记得走出答辩会场时老师和队友们送来的鲜花,“未来的路任重道远,我们会坚持在‘重知笃行,以智报国’的道路上继续前行。”

对艺术学院大四学员管晓彤来说,这场跨学科的科创之旅同样让她体会到另一种魅力。在团队里,她的任务是将项目技术更好地对接到应用场景上以及将技术更加清晰明了地展示给观众。面向“挑战杯”国赛,管晓彤印象最为深刻的是,答辩前一天晚上团队成员穿着西装在模拟答辩,冉老师问及,怎么出这么多汗还穿着西装,团队成员季鑫说:“态度!”这让管晓彤由衷地感受到大家非常用心地想把每一件事都做好。

比赛是一个无限挑战自我的过程,这场融合“设计+技术”的探索,同样激发了管晓彤的科研兴趣,也让她从艺术学位跨专业保研到浙大的工学学位。未来,她将更深入地了解领域内相关知识,进一步拓展学术视野。

原文来源: 青年报  |  发表时间:2023-11-16  | 作者:刘昕璐
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发布时间:2023年11月20日