近日，我校機械與汽車工程學(xué)院張廣明教授在微納3D打印高分辨率陶瓷電路板的課題中取得了重要進展，相關(guān)研究成果以題為《Directly printed standing ceramic circuit boards for rapid prototyping of miniaturization and high-power of electronics》的論文發(fā)表在國際著名期刊《Nature communications》（中科院大類一區(qū)，IF：14.7），實現(xiàn)了我校機械工程學(xué)科在該期刊零的突破。青島理工大學(xué)為第一完成單位，張廣明教授為第一作者和第一通訊作者，蘭紅波教授和朱曉陽教授為共同通訊作者。

陶瓷電路板（Ceramic Circuit Boards, CCBs）因其優(yōu)異的導(dǎo)熱性和電性能，已被廣泛應(yīng)用于5G通信、航空航天以及人工智能等領(lǐng)域。然而，受限于現(xiàn)有制造技術(shù)，傳統(tǒng)CCBs難以兼顧高分辨率與大高度，限制了其在電子器件小型化與高功率化發(fā)展中的進一步應(yīng)用。鑒于此，張廣明教授等人提出了一種基于犧牲層輔助微納3D打印制備“立式陶瓷電路板”（Standing ceramic circuit boards，S-CCBs）的工藝，實現(xiàn)了兼具高分辨率與大高寬比電路結(jié)構(gòu)的制備。

研究策略將一層平整、疏水的犧牲涂層與電場驅(qū)動微3D打?。?/span>EFD micro-3D printing）相結(jié)合，取得了“一石三鳥”的效果。相較于未處理的粗糙陶瓷基底，涂層的高平整度有助于電場的穩(wěn)定分布，從而提升噴射過程的穩(wěn)定性；其疏水性可在多層打印過程中有效控制打印精度，并提升高寬比；而在燒結(jié)過程中犧牲層的去除則使打印銀線充分收縮，克服陶瓷表面不平整所帶來的“局部收縮效應(yīng)”，從而確保其具有良好的導(dǎo)電性并進一步提高分別率。

研究成果在相關(guān)制造領(lǐng)域具備極高的應(yīng)用價值，打破了傳統(tǒng)CCBs的技術(shù)瓶頸。借助該工藝可在粗糙陶瓷基底（如 Al?O?、AlN 和 ZrO?）上穩(wěn)定打印出高而薄的結(jié)構(gòu)體，避免結(jié)構(gòu)坍塌，并在燒結(jié)過程中整體收縮形成高導(dǎo)電線路，最終可實現(xiàn)7 μm的線寬和2.3的大高寬比（厚度達16.1 μm），其導(dǎo)電率高達5.1 × 10? S·m?1。此外，所制備的電路在多種嚴(yán)苛條件下均表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性，在1000次附著力測試和劃痕測試，以及在500 °C下老化500小時和耐化學(xué)腐蝕500小時后依然保持優(yōu)異的電性能、強附著力、熱穩(wěn)定性及耐腐蝕性能。該技術(shù)無需傳統(tǒng)的光刻、蝕刻與電鍍工藝，為實現(xiàn)高密度集成與大電流承載能力的電子器件提供了一種全新制造策略。

圖2. 立式陶瓷電路板（S-CCBs）的示意圖和犧牲層輔助電場驅(qū)動（EFD）微3D打印的制備機制

圖3. 打印S-CCBs在電路與無源器件方面的應(yīng)用

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60408-x。本研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目、山東省青創(chuàng)科技支持計劃、山東省重大基礎(chǔ)研究、山東省自然科學(xué)基金面上項目等項目的資助。（撰稿：楊建軍；審核：李忠曉、張廣明）

團隊簡介：

張廣明教授研究小組在團隊帶頭人蘭紅波教授的帶領(lǐng)下，主要從事微納增材制造方法、工藝及應(yīng)用方面的研究工作；主持國家自然科學(xué)基金(青年、面上)、山東省高等學(xué)校青創(chuàng)科技支持計劃項目等10項；公開發(fā)表SCI/EI論文80余篇，其中以第一/通訊作者在Nature Communications、Advanced Science、International Journal of Extreme Manufacturing、Additive Manufacturing、科學(xué)通報（中文頂刊）、機械工程學(xué)報等國內(nèi)外高水平期刊發(fā)表SCI論文33篇；以第一發(fā)明人授權(quán)專利16項，包括美國發(fā)明專利1項，轉(zhuǎn)化1項；擔(dān)任《Additive Manufacturing Frontier》和《機械工程學(xué)報》青年編委、中國材料研究學(xué)會增材制造材料分會委員、國際先進材料協(xié)會會士、青島市高企評審專家；獲國際先進材料協(xié)會(IAAM)科學(xué)家獎(Scientist Medal)、日內(nèi)瓦發(fā)明獎金獎、青島市自然科學(xué)二等獎、中國發(fā)明協(xié)會發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎創(chuàng)新獎二等獎、山東(青島)博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果獎等榮譽。