近日，我校机械与汽车工程学院张广明教授在微纳3D打印高分辨率陶瓷电路板的课题中取得了重要进展，相关研究成果以题为《Directly printed standing ceramic circuit boards for rapid prototyping of miniaturization and high-power of electronics》的论文发表在国际著名期刊《Nature communications》（中科院大类一区，IF：14.7），实现了我校机械工程学科在该期刊零的突破。青岛理工大学为第一完成单位，张广明教授为第一作者和第一通讯作者，兰红波教授和朱晓阳教授为共同通讯作者。
陶瓷电路板（Ceramic Circuit Boards, CCBs）因其优异的导热性和电性能，已被广泛应用于5G通信、航空航天以及人工智能等领域。然而，受限于现有制造技术，传统CCBs难以兼顾高分辨率与大高度，限制了其在电子器件小型化与高功率化发展中的进一步应用。鉴于此，张广明教授等人提出了一种基于牺牲层辅助微纳3D打印制备“立式陶瓷电路板”（Standing ceramic circuit boards，S-CCBs）的工艺，实现了兼具高分辨率与大高宽比电路结构的制备。
研究策略将一层平整、疏水的牺牲涂层与电场驱动微3D打印（EFD micro-3D printing）相结合，取得了“一石三鸟”的效果。相较于未处理的粗糙陶瓷基底，涂层的高平整度有助于电场的稳定分布，从而提升喷射过程的稳定性；其疏水性可在多层打印过程中有效控制打印精度，并提升高宽比；而在烧结过程中牺牲层的去除则使打印银线充分收缩，克服陶瓷表面不平整所带来的“局部收缩效应”，从而确保其具有良好的导电性并进一步提高分别率。
研究成果在相关制造领域具备极高的应用价值，打破了传统CCBs的技术瓶颈。借助该工艺可在粗糙陶瓷基底（如Al₂O₃、AlN 和 ZrO₂）上稳定打印出高而薄的结构体，避免结构坍塌，并在烧结过程中整体收缩形成高导电线路，最终可实现7 µm的线宽和2.3的大高宽比（厚度达16.1 μm），其导电率高达5.1 × 10⁷ S·m⁻¹。此外，所制备的电路在多种严苛条件下均表现出优异的环境适应性，在1000次附着力测试和划痕测试，以及在500 °C下老化500小时和耐化学腐蚀500小时后依然保持优异的电性能、强附着力、热稳定性及耐腐蚀性能。该技术无需传统的光刻、蚀刻与电镀工艺，为实现高密度集成与大电流承载能力的电子器件提供了一种全新制造策略。
图2. 立式陶瓷电路板（S-CCBs）的示意图和牺牲层辅助电场驱动（EFD）微3D打印的制备机制
图3. 打印S-CCBs在电路与无源器件方面的应用
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60408-x。本研究得到了国家自然科学基金面上项目、山东省青创科技支持计划、山东省重大基础研究、山东省自然科学基金面上项目等项目的资助。（撰稿：杨建军；审核：李忠晓、张广明）
团队简介：
张广明教授研究小组在团队带头人兰红波教授的带领下，主要从事微纳增材制造方法、工艺及应用方面的研究工作；主持国家自然科学基金(青年、面上)、山东省高等学校青创科技支持计划项目等10项；公开发表SCI/EI论文80余篇，其中以第一/通讯作者在Nature Communications、Advanced Science、International Journal of Extreme Manufacturing、Additive Manufacturing、科学通报（中文顶刊）、机械工程学报等国内外高水平期刊发表SCI论文33篇；以第一发明人授权专利16项，包括美国发明专利1项，转化1项；担任《Additive Manufacturing Frontier》和《机械工程学报》青年编委、中国材料研究学会增材制造材料分会委员、国际先进材料协会会士、青岛市高企评审专家；获国际先进材料协会(IAAM)科学家奖(Scientist Medal)、日内瓦发明奖金奖、青岛市自然科学二等奖、中国发明协会发明创业奖创新奖二等奖、山东(青岛)博士后创新创业成果奖等荣誉。
（版面编辑：王振宇）
