新年首篇《Nature》子刊，陶智院士團(tuán)隊(duì)取得新成果！

航空航天高溫結(jié)構(gòu)件關(guān)鍵數(shù)據(jù)準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)熱防護(hù)設(shè)計(jì)及健康監(jiān)測(cè)至關(guān)重要，北京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院陶智院士團(tuán)隊(duì)在高溫共形薄膜傳感器噴墨打印與激光燒結(jié)領(lǐng)域方面取得了重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于《Nature Communications》。

北京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院陶智院士領(lǐng)銜的朱劍琴/邱璐教授團(tuán)隊(duì)在《自然-通訊》（《Nature Communications》）發(fā)表題為“Curvature programmed inkjet printing enables adaptive deposition for Gaussian sintering lasers”的研究論文，提出一種“沉積厚度—激光光強(qiáng)匹配”策略，創(chuàng)新性地解決了激光能量分布不均及現(xiàn)有調(diào)控方法的缺陷，為基于噴墨打印的高性能高溫共形薄膜傳感器低成本、規(guī)模化制備提供了可行方案，也為激光燒結(jié)熔化技術(shù)在的優(yōu)化升級(jí)提供了新思路。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68613-y。

論文內(nèi)容簡(jiǎn)介

激光燒結(jié)和熔化技術(shù)是增材制造領(lǐng)域的核心技術(shù)，因能實(shí)現(xiàn)高精度、快速成型，廣泛應(yīng)用于共形電路、半導(dǎo)體器件、金屬構(gòu)件等的制備領(lǐng)域。

然而，工程上廣泛采用的單模激光光束能量呈高斯分布（光束中心能量高、邊緣能量低），激光燒結(jié)熔化過(guò)程中的能量分布不均引發(fā)燒蝕、飛濺、孔隙等問(wèn)題，嚴(yán)重影響電路性能。非均勻燒結(jié)導(dǎo)致的性能波動(dòng)問(wèn)題在薄膜熱電偶制造等材質(zhì)高敏感場(chǎng)景中尤為重要。現(xiàn)有光束整形器調(diào)控方法雖然能緩解該問(wèn)題，但存在成本高、壽命短、能量損失大等弊端，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、低成本應(yīng)用。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出一種“沉積厚度—激光光強(qiáng)匹配”策略：通過(guò)反向設(shè)計(jì)沉積層的厚度分布，使材料厚度沿空間反哺精確匹配高斯激光的空間能量分布，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量均勻燒結(jié)。通過(guò)建立基于傳熱學(xué)和熱力學(xué)的燒結(jié)狀態(tài)預(yù)測(cè)理論模型，推導(dǎo)得出線路沉積最優(yōu)厚度分布，結(jié)合噴墨打印錯(cuò)位堆疊沉積技術(shù)，成功制備出具有理想輪廓的曲面電路。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，該曲面輪廓策略在半導(dǎo)體和金屬電路中均能顯著提升性能。

該研究創(chuàng)新性地解決了激光能量分布不均及現(xiàn)有調(diào)控方法的缺陷，建立了一條實(shí)用的技術(shù)路線，不僅為高性能共形電路的低成本、規(guī)模化制備提供了可行方案，也為激光燒結(jié)熔化技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)提供了新思路。

噴墨打印高溫傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介

本文圍繞納米材料沉積層激光燒結(jié)技術(shù)中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題展開(kāi)研究，是項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)新質(zhì)科研方向“基于噴墨打印的渦輪葉片高溫共形薄膜傳感技術(shù)”中關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。共形傳感器是一種能夠與復(fù)雜曲面無(wú)縫貼合的智能傳感裝置，其核心特征在于結(jié)構(gòu)功能一體化與曲面適應(yīng)性，可隨形貼附待測(cè)物體不規(guī)則表面，實(shí)現(xiàn)大面積分布式感知而不破壞原有流場(chǎng)或結(jié)構(gòu)完整性。相比傳統(tǒng)剛性傳感器，共形傳感器在輕薄化及多模態(tài)集成方面優(yōu)勢(shì)顯著，為航空航天高溫結(jié)構(gòu)件關(guān)鍵數(shù)據(jù)測(cè)量及健康監(jiān)測(cè)提供了革命性的感知解決方案。

自2018年起，項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)率先開(kāi)展基于噴墨打印直寫(xiě)成形技術(shù)的渦輪葉片高溫共形薄膜溫度傳感器研究，歷經(jīng)七年持續(xù)攻關(guān)，已形成涵蓋納米功能墨水研制、三維復(fù)雜曲面噴墨打印沉積調(diào)控、納米薄膜激光燒結(jié)、器件一體化集成測(cè)試及高溫環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證的全鏈條技術(shù)閉環(huán)。

團(tuán)隊(duì)及作者簡(jiǎn)介

陶智教授渦輪葉片智慧冷卻研究團(tuán)隊(duì)圍繞渦輪葉片冷卻設(shè)計(jì)中的“數(shù)據(jù)缺、模型差、軟件智能化程度低”等三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展研究工作：通過(guò)開(kāi)展渦輪葉片先進(jìn)測(cè)量及溫度場(chǎng)重構(gòu)方法研究，獲得渦輪葉片海量、可信數(shù)據(jù)；通過(guò)研發(fā)渦輪葉片人工智能輔助設(shè)計(jì)方法及軟件（AI Aided Design, AIAD），將AI算法與擬解決的流動(dòng)傳熱問(wèn)題深度融合，構(gòu)建高效設(shè)計(jì)工具；面向工程實(shí)際研制需求，完成了超高溫燃?xì)鈼l件下高效冷卻方案的精準(zhǔn)、快速設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，支撐了我國(guó)多型重點(diǎn)型號(hào)空天動(dòng)力渦輪葉片研制。

作者介紹

陶 智

中國(guó)科學(xué)院院士

北京航空航天大學(xué)教授

博士生導(dǎo)師

國(guó)務(wù)院學(xué)科評(píng)議組成員，享受?chē)?guó)務(wù)院政府特殊津貼。《Propulsion and Power Research》創(chuàng)刊主編、《航空動(dòng)力學(xué)報(bào)》主編、英國(guó)皇家航空學(xué)會(huì)會(huì)士。發(fā)表SCI論文320余篇，出版專(zhuān)著4部，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利110余項(xiàng)，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

朱劍琴

國(guó)家級(jí)領(lǐng)軍人才

國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人

北京航空航天大學(xué)教授

博士生導(dǎo)師

主持以國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金為代表的科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，授權(quán)/授理國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利96項(xiàng)。獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。

邱璐

國(guó)家級(jí)青年人才

某國(guó)家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目首席

北京航空航天大學(xué)教授

博士生導(dǎo)師

現(xiàn)任北京市熱物理與能源工程學(xué)會(huì)理事等職。發(fā)表SCI論文50余篇，授權(quán)/受理國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利65項(xiàng)，成果應(yīng)用于4型重點(diǎn)型號(hào)渦輪葉片研發(fā)，獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

陳翔宇

北京航空航天大學(xué)

能源與動(dòng)力工程學(xué)院

2022級(jí)博士生

（碩博連讀）

發(fā)表SCI論文7篇、會(huì)議論文7篇，授權(quán)/受理國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng)，獲國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金、博士研究生卓越學(xué)術(shù)基金、王補(bǔ)宣-過(guò)增元青年優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

張夢(mèng)森

北京航空航天大學(xué)

能源與動(dòng)力工程學(xué)院

2020級(jí)博士生

（直博）

課題組該研究方向首位博士生。發(fā)表SCI論文8篇、會(huì)議論文10篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利3項(xiàng)，獲國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金（2次）、博士研究生卓越學(xué)術(shù)基金、王補(bǔ)宣-過(guò)增元青年優(yōu)秀論文二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。