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梦之墨:“硬核”专利成就“柔软”金属
发布时间:2019/7/11 14:50:22来源:中国知识产权报/国家知识产权战略网分享到

  液态金属,让人首先联想到的是《终结者2》中随意改变形状的液态金属机器人,这似乎离现实很远, 但亲眼见到北京梦之墨科技有限公司(下称梦之墨)用液态金属制成的天线和RFID器件时,你会发现,未来已来。

  所谓液态金属,通常是指在常温下呈现液体状态的功能金属材料,兼具金属和流体两种在常规条件下难以共融的特性。2017年1月,我国发布《新材料产业发展指南》将液态金属列为新材料产业的重点扶持方向之一。液态金属的重大价值越来越得到广泛认同,2018年全球几百个科学团队纷纷加入其中。

  中国科学院理化技术研究所(下称中科院理化所)研究员、清华大学教授刘静团队在该领域深耕数十年,凭借诸多重大发现和前沿研究成为当之无愧的引领者。梦之墨正是脱胎于刘静团队的科研成果。用联合创始人、首席技术官于洋的话说,自一成立,梦之墨就“站在了巨人的肩膀上”。

  技术创新站上巨人的肩膀

  2001年前后,刘静努力寻找一种能让计算机芯片快速散热的材料。在多次尝试后,他发现液态金属具有超高的导热性。随后,他带学生率先发现了液态金属的众多科学现象和基础效应,如2011年,刘静及其学生发表了关于计算机CPU液态金属散热器的研究论文;2014年年初,他们首次发现了“电场控制下液态金属与水的复合体可在各种形态及运动模式之间发生转换”的基本现象等。

  在研究液态金属散热的过程中,刘静团队还意外地发现这种材料容易沾染,可以附着在树叶、皮肤等任意物体表面。面对这一偶然的实验发现,开阔的科研思维促使他们逆向思考:为什么不把它做成可以打印的电子墨水,让电路的印刷、打印变成可能?

  就是这貌似灵光一现的想法,带来了技术上的极大突破。起初,刘静团队在中关村买来各种类型的常规打印设备,尝试将液态金属像墨水一样灌注其中,但无一例外全部以失败告终。原来,液态金属不论是密度、粘度还是扁平张力与常规的水性或油性的墨水材料都有极大的差异,为此,他们进行了双向改良:一方面通过对材料进一步改性,以满足其在打印过程中的种种需求;另一方面,自主开发了一套全新的基于液态金属或合金电子墨盒的电路直接打印技术(其英文首字母正是DREAM ink),从整机到墨盒以满足液态金属新材料的打印需求。

  在传统大工业生产中,电子电路是在流水线上批量化生产的,可一旦要改变电路,就要重新更换模具,成本很高。而且传统的电路生产方式是“减材”,要先在电路板上镀铜再把不需要的地方腐蚀掉,耗时、耗能、污染高。于洋介绍说,采用“增材”方式,用液态金属作“墨水”直接写出电路,直接快速制造出柔性可拉伸电子电路及终端功能器件,既简单又环保,将重塑传统电子及集成电路制作规则。

  为了推进液态金属电子增材制造技术产业化,从中科院理化所获得43件专利的独占许可后,2014年梦之墨(DREAM ink)注册成立。

  双管齐下拓展产业化路径

  液态金属根据不同成分和配比,具有不同的特性,梦之墨就此研发了系列液态金属材料,但梦之墨的定位并非材料公司,而是基于液态金属提供电子印刷解决方法的企业,因此更关注如何将液态材料应用到印刷电子和电子制造产业领域。

  “教育应用和工业应用双管齐下。”于洋介绍,梦之墨最开始是以教育应用为突破口,但随着技术不断成熟,目前也在建立生产线,将与制造厂商合作,采用DREAM ink技术为其提供RFID器件、天线等。

  目前,清华大学、北京航空航天大学、北京工业大学、东南大学、重庆大学等高校都陆续采购了梦之墨的相关设备。就像激光打印机将文件打印到纸张上,梦之墨低温液态金属打印机能把设计好的电子电路现场打印出来,以用于电子工程领域的研发、教学和快速验证等。今年年初,梦之墨还联合科研团队研发出了液态金属的秒级印刷电路制作工艺,只需要10秒钟就能打印一个电路,速度和精度都进一步提高,达到了准工业级的水平。

  在工业级应用上,随着电路设计日趋小型化、柔性化、绿色和低成本,梦之墨可在各种基材上直接制作电子器件的直写式印刷方法,有着更大的想象空间。

  以物联网标签为例,为了提升服务业管理水平,采用RFID物联网技术实现酒店毛巾、床单等布草的可视化管理成为行业共识。给每件布草附着一枚“身份证ID码”,布草每一道洗涤工序的经历,都会犹如电子档案被记录在册,并且这些记载信息可随时随地被查询、知晓。但布草的洗涤流程复杂,所附着的水洗标签需具备耐高温、耐冲洗、耐压、耐折等多重特性,传统电路制造工艺下的电子标签往往难以满足要求。“梦之墨技术的水洗标签在洗涤200次后,性能都没有明显衰减。”于洋介绍。

  知识产权护航科技型企业

  脱胎于科研团队,发轫于专利成果,梦之墨自一成立就有了知识产权先行的自觉意识与行动。

  “梦之墨于2014年注册,2015年底才开始实际运行,注册后的这段时间我们主要在做知识产权方面的工作。”于洋介绍,当时梦之墨从中科院理化所获得了43件专利的独占许可,还对梦之墨的商标、域名进行了注册保护。

  公司成立后,从不到10人的核心团队到发展为70多名员工,梦之墨的业务不断拓展,目前,公司近半数人员仍然是研发团队。截至目前,梦之墨已提交中国专利申请350件,并通过《专利合作条约》(PCT)途径提交国际专利申请15件,涉及液态金属打印设备、液态金属材料、柔性电子等多个领域。

  去年,梦之墨携“室温液态金属电子电路打印系统”,参加中国海淀高价值专利培育大赛一举夺魁。北京中知智慧科技有限公司知识产权专家冯琳琳,经过专利检索分析发现,当时,全球液体金属打印技术申请量很少,梦之墨与液态金属打印相关的技术处在领先地位。

  随着公司业务的发展,梦之墨的知识产权管理理念也在不断调整。“专利保护,既不能泄露我们的技术秘密,也要合理保护创新成果,还要有发展性的保护能力。”于洋介绍,因为液态金属属于全新的技术领域,公司的研发成果并不用担心专利授权前景,而更看重合理保护范围的高质量专利。

  去年,梦之墨凭借2件发明专利和1件实用新型专利,完成了300万元的知识产权质押融资。促成这一质押融资的服务机构北京知识产权运营管理有限公司负责人表示,高水平的创新、高质量的专利,是梦之墨的最重要的无形资产,今年还将为其提供新一笔知识产权质押融资服务。

  采用液态金属制作的印刷电路和传统电路相比,从表面看与传统电路似乎没什么区别,体现不出未来技术的科技感,但在成本、效率、良率和环保各方面占尽优势。“产品领先一步死,领先半步生。”于洋说,公司在产业化过程中深刻体会到了任正非说过的这句话。液态金属的应用拥有巨大空间,但产业化应用必须综合考虑用户的认知和使用习惯、配套系统的支持等诸多因素,公司在液态金属领域很多更先进的技术储备比如可拉伸电路等,还在等待着软性机器人出现的那一天。

  点评

  从实验室技术到市场化的产品和应用,从来都没有捷径;对于拥抱“未来技术”的梦之墨,其产业化之路更不是坦途。因为该技术本身具有很强的超前性,梦之墨走过不少弯路,但也摸索出了清晰的产业化路径。其中,技术创新是根本,知识产权先行是保障,专利的创造、运用、保护和管理贯穿了实验室技术从研发到产业化的全过程。(记者 刘 仁)

  

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